Високотемпературни никелови сплави

Никелът е петият най-разпространен елемент на Земята, но комерсиалната му употребата е ограничена до миналия век поради трудностите при извличането и прецизирането му; от времето, когато развитието на реактивния двигател беше основен катализатор за разработването на сплави на основата на никел и за да се осигурят метали, които можеха да комбинират висока якост при високи температури.

Температурата на топене на никела е 1435 °C, която е много по-висока от метали като мед (1084 °C) и алуминий (660 °C), но много по-ниска от метали като волфрам (3400 °C). Възможността за работа при повишени температури обаче не е свързана само с температурата на топене на металите, тогава желязото (1150 °C) или стоманата (1400 °C) биха били по-широко използвани. Допълнителното свойство на никела и никелови сплави, което им позволява да работят при повишени температури, е способността им да образуват дебел, стабилен, пасивиращ оксиден слой при нагряване, който ги предпазва от по-нататъшна атака. Този оксиден слой може да бъде с дебелина от няколко микрона, в зависимост от температурата и околната среда, на която е бил изложен металът. Никеловите сплави могат също да издържат на карбуризация, където въглеродните видове присъстват при висока температура, например по време на крекинг на газ при различни операции по химическа обработка или рафинерии.

Механизми за укрепване.

Високотемпературната якост се запазва чрез укрепване с твърд разтвор или утаяване в зависимост от конкретната сплав. Механизмът на укрепване на твърд разтвор работи чрез добавяне на атоми на легиращия елемент към кристалната решетка на никела. Това нарушение в кристалната структура прави деформацията по-трудна, като забавя или блокира движението на „дислокации“. Елементи като молибден се добавят в Inconel 625 (Alloy 625, UNS N06625, 2.4856), за да се подобри постигнатото ниво на якост.

При укрепване на малки количества ниобий, титан и алуминий, комбинирани с никел за да се образуват интерметални утайки. Тези утайки се образуват по време на окончателния процес на термична обработка, известен като стареене. Утайките също забавят движението на дислокациите в кристалната структура, повишават здравината и издръжливостта. При по-високи температури този механизъм също така намалява вероятността от пълзене, което се използва в аерокосмическите приложения. Никелови сплави, които използват утаяване, включват Inconel 718 (Alloy 718, UNS N07718, 2.4668), Inconel 725 (Alloy 725, UNS N07725), Incoloy 925 (Alloy 925, UNS N07718, 2.4668), Incoloy 925 (Alloy 925, UNS N09925) и Monel K-500 (Alloy K-500, UNS N05500, 2.4375).

Тъй като никелът ще се сплави лесно с много други метали, възможно е да се подобри нивото на устойчивост на корозия и други физически свойства, освен здравина. Хромът и молибденът обикновено се добавят за подобряване на устойчивостта на корозия и окисляване, като молибденът е добре разбран, че подобрява устойчивостта на точкова корозия по-специално. Медта също се използва в Incoloy 825 за повишаване на устойчивостта на редуциращи киселини като сярна киселина, фосфорна киселина и солна киселина.