סגסוגות ניקל בטמפרטורה גבוהה

ניקל הוא היסוד החמישי הנפוץ ביותר בכדור הארץ, אך עד המאה שעברה השימוש המסחרי בו היה מוגבל בגלל הקושי בכרייה ולעידון. פיתוח מנועי סילון היה זרז חשוב לפיתוח סגסוגות מבוססות ניקל המסוגלות לשמור על חוזק גבוה בטמפרטורות גבוהות.

לניקל נקודת התכה של 1453 מעלות צלזיוס, שהיא גבוהה בהרבה ממתכות כמו נחושת (1084 מעלות צלזיוס) ואלומיניום (660 מעלות צלזיוס), אך נמוכות בהרבה ממתכות כמו טונגסטן (3400 מעלות צלזיוס). עם זאת, ביצועי טמפרטורה גבוהים אינם רק קשורים לנקודת ההיתוך של המתכת, אחרת ברזל (1150 מעלות צלזיוס) או פלדה (1400 מעלות צלזיוס) ישמשו באופן נרחב יותר. מאפיין נוסף של סגסוגות ניקל וניקל הוא היכולת שלהם ליצור שכבת תחמוצת פסיבית עבה ויציבה בעת חימום, מה שמגן עליהם מפני קורוזיה נוספת, המאפשרת להם לפעול בטמפרטורות גבוהות. שכבת תחמוצת זו יכולה להיות בעובי של עד כמה מיקרון, תלוי בטמפרטורה ובסביבה שאליה נחשף המתכת. סגסוגות ניקל עמידות גם בפני פחם, שהיא נוכחות של פחמן בטמפרטורות גבוהות, כמו למשל במהלך פיצוח הגזים בפעולות עיבוד כימי או זיקוק שונות.

מנגנוני חיזוק
תלוי בסגסוגת הספציפית, כוחו בטמפרטורה הגבוהה נשמר על ידי חיזוק פתרונות מוצקים או חיזוק משקעים. המנגנון של חיזוק פתרונות מוצקים הוא תוספת של אטומים של יסודות סגסוגת לסריג הקריסטל של הניקל. הפרעה זו של מבנה הגביש מקשה על העיוות על ידי האטה או מניעת תנועה של "ניתוקות". אלמנטים כמו מוליבדן מתווספים ל- Inconel 625 (סגסוגת 625, UNS N06625, 2.4856) כדי להגביר את הכוח.

בחיזוק המשקעים, משולבים כמויות קטנות של ניוביום, טיטניום ואלומיניום עם ניקל ליצירת משקעים בין -מתטיים. משקעים אלה נוצרים במהלך טיפול החום הסופי, המכונה גם הזדקנות. משקעים אלה מאטים גם את תנועת הניתוחים במבנה הגביש, מה שמגביר את הכוח והקשיחות. בטמפרטורות גבוהות יותר, מנגנון זה גם מקטין את הסבירות לזחילה, המשמש היטב ביישומי חלל. Nickel alloys that utilize precipitation strengthening include Inconel 718 (Alloy 718, UNS N07718, 2.4668), Inconel 725 (Alloy 725, UNS N07725), Incoloy 925 (Alloy 925, UNS N09925), and Monel K-500 (Alloy K-500, UNS N05500, 2.4375).

סגסוגות כמו Inconel 718 ו- Inconel 625 שומרים על מרבית תכונותיהם המכניות בטמפרטורות של עד 650 מעלות צלזיוס (1200 מעלות פרנהייט), אך ניתן להשתמש בהן באופן סלקטיבי בטמפרטורות המתקרבות ל -1000 מעלות צלזיוס (1800 מעלות פרנהייט).

מכיוון שסגסוגות ניקל בקלות עם מתכות רבות אחרות, זה יכול לשפר את עמידות הקורוזיה ותכונות פיזיקליות אחרות בנוסף לחוזק. כרום ומוליבדן מתווספים לרוב כדי לשפר את עמידות הקורוזיה והחמצון, כאשר מוליבדן בפרט נחשב לשיפור התנגדות הבור. נחושת משמשת גם בסגסוגת Incoloy 825 כדי לשפר את עמידותו להפחתת חומצות כמו חומצות גופרתיות, זרחניות והידרוכלוריות.