آلیاژهای پایه نیکل نوعی ماده آلیاژی هستند که عمدتاً از نیکل تشکیل شدهاند. معمولاً حاوی عناصر دیگری مانند آهن، کروم، تیتانیوم، آلومینیوم و غیره برای بهبود خواص مکانیکی، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر دمای بالا هستند. آلیاژهای پایه نیکل همچنان استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر سایش را در دماهای بین ۶۵۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد از خود نشان میدهند و به همین دلیل به طور گسترده در زمینههایی مانند هوافضا، مهندسی شیمی، نفت، انرژی، کشتیسازی و صنعت هستهای مورد استفاده قرار میگیرند. آلیاژهای پایه نیکل همچنین قابلیت ماشینکاری خوبی دارند و میتوانند از طریق فرآیندهایی مانند آهنگری، عملیات حرارتی، تغییر شکل سرد، جوشکاری و غیره به قطعات با اشکال و اندازههای مختلف تولید شوند.
ترکیب و خواص آلیاژهای پایه نیکل
سه دلیل اصلی وجود دارد که چرا آلیاژهای دمای بالای پایه نیکل به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند. اولاً، آلیاژهای پایه نیکل میتوانند عناصر آلیاژی بیشتری را حل کرده و ساختار پایدار را حفظ کنند. ثانیاً، در مقایسه با آلیاژهای دمای بالای پایه آهن و پایه کبالت، آلیاژهای پایه نیکل میتوانند ترکیبات بین فلزی مرتب و همگن از نوع A3B، یعنی فاز Ni3(Al, Ti) را تشکیل دهند که میتواند به طور موثری استحکام آلیاژ را افزایش داده و استحکام دمای بالای آن را کارآمدتر کند. به طور مشابه، آلیاژهای پایه نیکل حاوی کروم هستند که آنها را در برابر اکسیداسیون و خوردگی گازی مقاومتر از آلیاژهای دمای بالای پایه آهن میکند.
آلیاژهای پایه نیکل حاوی عناصر مختلفی هستند که در این میان کروم عمدتاً نقش مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی را ایفا میکند، در حالی که سایر عناصر عمدتاً برای تقویت آلیاژها استفاده میشوند. بر اساس روشهای تقویت، میتوان آنها را به سه دسته تقسیم کرد: عناصر تقویتکننده محلول جامد، مانند تنگستن، مولیبدن، کبالت، کروم، وانادیم و غیره؛ عناصر تقویتکننده رسوبی مانند آلومینیوم، تیتانیوم، نیوبیوم و تانتال؛ عناصر تقویتکننده مرز دانه مانند بور، زیرکونیوم، منیزیم و عناصر خاکی کمیاب.
دستهبندی اصلی آلیاژهای پایه نیکل
آلیاژ پایه نیکل مخفف آلیاژ دمای بالای پایه نیکل است که به دلیل مقاومت منحصر به فرد خود در برابر دمای بالا نامگذاری شده است. آلیاژهای پایه نیکل را میتوان بر اساس خواصشان به دستههای اصلی زیر تقسیم کرد:
۱. آلیاژ مقاوم در برابر حرارت پایه نیکل: این نوع آلیاژ میتواند در برابر اکسیداسیون و خوردگی در دماهای بالای ۶۵۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد مقاومت کند و درجهای از استحکام را دارد. بر اساس خاصیت مغناطیسی، این نوع آلیاژ معمولاً برای ساخت اجزای حرارتی در پرههای موتور هواپیما و موتورهای موشک، راکتورهای هستهای و تجهیزات تبدیل انرژی استفاده میشود.
۲. آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی پایه نیکل: نیکل خالص یک آلیاژ نماینده آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی پایه نیکل است. ریزساختار این نوع آلیاژ آستنیت است و عناصر آلیاژی اصلی آن مس، کروم، مولیبدن و غیره هستند. آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی خواص جامع عالی دارند و میتوانند در برابر خوردگی انواع اسیدها و خوردگی تنشی مقاومت کنند. میتوان از آن برای ساخت قطعات در محیطهای مختلف مقاوم در برابر خوردگی مانند نفت، شیمیایی و نیروگاه استفاده کرد.
۳. آلیاژ مقاوم در برابر سایش پایه نیکل: عناصر آلیاژی اصلی آن کروم، مولیبدن، تنگستن هستند و همچنین حاوی مقدار کمی نیوبیوم، تانتال و ایندیم میباشند. مقاومت سایشی خوب، مقاومت در برابر اکسیداسیون، مقاومت در برابر خوردگی و عملکرد جوشکاری خوب دارد. میتوان از آن برای ساخت قطعات مقاوم در برابر سایش و همچنین برای ساخت مواد پوششدهی استفاده کرد.
۴. آلیاژهای دقیق پایه نیکل: شامل آلیاژهای مغناطیسی نرم پایه نیکل، آلیاژهای مقاومتی دقیق پایه نیکل و آلیاژهای گرمایشی الکتریکی پایه نیکل. رایجترین آنها پرمالوی است که حاوی حدود ۸۰ درصد نیکل است. دارای نفوذپذیری مغناطیسی حداکثر و اولیه بالا و همچنین پسماند مغناطیسی کم است. این یک ماده هسته آهنی مهم در صنعت الکترونیک است. آلیاژهای دقیق پایه نیکل مواد آلیاژی بر پایه نیکل هستند و حاوی سایر عناصر آلیاژی مانند کروم، آهن، مولیبدن و غیره میباشند. این آلیاژ دارای استحکام دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی، عملکرد خستگی حرارتی و مقاومت در برابر اکسیداسیون عالی است.
آلیاژهای دقیق پایه نیکل میتوانند برای مدت طولانی در دماهای بین ۱۰۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد استفاده شوند و میتوانند برای ساخت پرههای توربین موتور، اجزای محفظه احتراق، پرههای توربین گازی، پرههای هدایتکننده موتور هواپیما و انواع تجهیزات مقاوم در برابر خوردگی که در دماهای بالا کار میکنند، مورد استفاده قرار گیرند.
۵. آلیاژ حافظهدار پایه نیکل: آلیاژ حافظهدار پایه نیکل یک آلیاژ نیکل حاوی ۵۰ درصد تیتانیوم است. این آلیاژ در دمای ۷۰ درجه سانتیگراد اثر حافظه شکلی خوبی از خود نشان میدهد. با تنظیم دقیق نسبت نیکل به تیتانیوم، دمای بازیابی را میتوان در محدوده ۳۰ تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد تنظیم کرد. این آلیاژ به طور گسترده در اجزای ساختاری خود منبسط شونده فضاپیماها، بستهای خود محرک در صنعت هوافضا و موتورهای قلب مصنوعی در زمینه زیست پزشکی استفاده میشود.
