معرفة كاملة بالسبائك القائمة على النيكل

معرفة كاملة بالسبائك القائمة على النيكل

تسمى السبيكة المعتمدة على النيكل وإضافة عناصر أخرى إليها بسبيكة النيكل. يتمتع النيكل بخصائص ميكانيكية وفيزيائية وكيميائية جيدة. يمكن أن تؤدي إضافة العناصر المناسبة إلى تحسين مقاومة الأكسدة ومقاومة التآكل وقوة درجات الحرارة العالية وتحسين بعض الخصائص الفيزيائية. يمكن استخدام سبائك النيكل كمواد لأنابيب الإلكترون، والسبائك الدقيقة (السبائك المغناطيسية، وسبائك المقاومة الدقيقة، والسبائك الكهروحرارية، وما إلى ذلك)، والسبائك ذات درجة الحرارة العالية القائمة على النيكل، والسبائك المقاومة للتآكل القائمة على النيكل، وسبائك ذاكرة الشكل. تُستخدم سبائك النيكل على نطاق واسع في قطاعات مثل تطوير الطاقة والمواد الكيميائية والإلكترونيات والملاحة والطيران والفضاء.

يمكن للنيكل تكوين سبائك مختلفة مع النحاس والحديد والمنغنيز والكروم والسيليكون والمغنيسيوم. من بينها، سبائك النيكل والنحاس هي سبائك مونيل الشهيرة. لديها قوة عالية، ليونة جيدة، وخصائص كيميائية مستقرة في الغلاف الجوي أقل من 750 درجة. يتم استخدامه على نطاق واسع في الصناعة الكهربائية والأنابيب المفرغة والصناعات الكيماوية والمعدات الطبية وصناعات الملاحة وبناء السفن.

1. تعريف السبائك القائمة على النيكل
تسمى السبائك القائمة على النيكل عمومًا بالسبائك التي يزيد محتوى النيكل فيها عن 30٪ بالوزن. تحتوي المنتجات الشائعة على محتويات Ni تزيد عن 50% بالوزن. نظرًا لقوتها الميكانيكية الفائقة في درجات الحرارة العالية ومقاومتها للتآكل، يطلق عليها مجتمعة السبائك الفائقة جنبًا إلى جنب مع السبائك القائمة على الحديد والكوبالت (Superalloy) التي تستخدم بشكل عام في البيئات ذات درجات الحرارة العالية فوق 540 درجة، ويتم اختيار تصميمات مختلفة للسبائك وفقًا لمناسبات الاستخدام. يتم استخدامه في الغالب في البيئات الخاصة المقاومة للتآكل، وبيئات التآكل ذات درجة الحرارة العالية، والمعدات التي تتطلب قوة ميكانيكية ذات درجة حرارة عالية. غالبًا ما يستخدم في مجال الطيران والطاقة وصناعة البتروكيماويات أو الإلكترونيات الخاصة/الإلكترونيات الضوئية وغيرها من المجالات.
مجالات التطبيق
خصائص متطلبات المنتج
استخدام المنتج
صناعة الطيران
يحافظ على قوة ميكانيكية جيدة في درجات حرارة عالية للغاية
محركات الطائرات، توربينات الغاز، صمامات المحرك
صناعة الطاقة
مقاومة جيدة للفلكنة ذات درجة الحرارة العالية والأكسدة ذات درجة الحرارة العالية
أجزاء الفرن والعزل وصناعة المعالجة الحرارية وصناعة النفط والغاز
صناعة بتروكيماوية
مقاومة للتآكل بواسطة المحاليل المائية (الأحماض والقلويات وأيونات الكلوريد)
محطات تحلية المياه، وخطوط أنابيب نقل البتروكيماويات
الصناعة العامة للإلكترونيات/الإلكترونيات الضوئية
مقاومة بشكل عام للتآكل أو البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة مع درجة مقاومة منخفضة
حالات البطارية، إطارات الرصاص، شبكات شاشة الكمبيوتر

2. النشأة والتطور
تم تطوير السبائك القائمة على النيكل في أواخر الثلاثينيات. أنتجت المملكة المتحدة لأول مرة سبيكة Nimonic75 القائمة على النيكل (Ni-20Cr-0.4Ti) في عام 1941؛ من أجل تحسين قوة الزحف، تمت إضافة Al لتطوير Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5 Ti-1.3Al); كما طورت الولايات المتحدة في منتصف القرن العشرين، وروسيا في أواخر الأربعينيات، والصين في منتصف القرن العشرين، سبائك قائمة على النيكل. يتضمن تطوير السبائك القائمة على النيكل جانبين، وهما تحسين تركيبة السبائك وابتكار تكنولوجيا الإنتاج.
على سبيل المثال، في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، أدى تطوير تكنولوجيا الصهر الفراغي إلى خلق ظروف لتنقية السبائك القائمة على النيكل والتي تحتوي على نسبة عالية من Al وTi، مما أدى إلى زيادة كبيرة في قوة السبائك ودرجة حرارة الخدمة. في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي، وبسبب الزيادة في درجة حرارة تشغيل ريش التوربينات، كان مطلوبًا من السبائك أن تتمتع بقوة أعلى عند تحمل درجات الحرارة العالية. ومع ذلك، إذا كانت قوة السبيكة عالية، فسيكون من الصعب أو حتى من المستحيل تشويهها. ولذلك، تم استخدام تكنولوجيا الصب الدقيقة لتطوير سلسلة من السبائك ذات قوة جيدة في درجات الحرارة العالية. من سبائك الصب. في منتصف القرن العشرين، تم تطوير البلورة الاتجاهية والسبائك الفائقة البلورية المفردة ذات الأداء الأفضل، بالإضافة إلى السبائك الفائقة تعدين المساحيق.

من أجل تلبية احتياجات السفن وتوربينات الغاز الصناعية، تم تطوير عدد من السبائك ذات أساس النيكل العالي الكروم مع مقاومة جيدة للتآكل الساخن وهيكل مستقر منذ الستينيات. في حوالي 40 عامًا من أوائل الأربعينيات إلى أواخر السبعينيات، زادت درجة حرارة تشغيل السبائك القائمة على النيكل من 700 إلى 1100 درجة، أي بزيادة متوسطة تبلغ حوالي 10 درجات سنويًا. اليوم، يمكن أن تتجاوز درجة حرارة الخدمة للسبائك القائمة على النيكل 1100 درجة. من سبيكة Nimonic75 المذكورة أعلاه ذات التركيبة البسيطة، إلى سبيكة MA6000 المطورة مؤخرًا، يمكن أن تصل قوة الشد إلى 2,220 ميجا باسكال ومقاومة الخضوع 192 ميجا باسكال عند 1,100 درجة؛ قوتها الدائمة تصل إلى حوالي 1000 ساعة تحت حالة 1100 درجة / 137MPa، ويمكن استخدامها في شفرات محركات الطائرات.