سلوك التآكل لسبائك المونيل

1. تفاعل سبائك المونيل مع الأكسجين عند درجات حرارة عالية

يتفاعل النيكل بشكل تفضيلي مع الأكسجين لتكوينهنيو(أكسيد النيكل)، وهي طبقة أكسيد كثيفة تعمل في البداية كحاجز لإبطاء المزيد من الأكسدة.

عندما تتجاوز درجة الحرارة600 درجةتنتشر ذرات النحاس إلى الخارج عبر طبقة NiO وتتأكسد لتشكلالنحاسO(أكسيد النحاس) والنحاس(أكسيد النحاس). أكاسيد النحاس هذه أقل كثافة من NiO ولها التصاق ضعيف بمصفوفة السبائك.

تتأكسد العناصر النزرة مثل الحديد والمنجنيز الموجودة في السبيكة أيضًا لتكوين Fe₂O₃ وMnO، والتي يتم توزيعها في طبقة الأكسيد.

تدهور المقاومة للتآكل: The mixed oxide layer (NiO-Cu₂O-CuO) becomes porous and prone to cracking at high temperatures (>600 درجة). وهذا يسمح للأكسجين بالتغلغل في مصفوفة السبائك، مما يؤدي إلى الأكسدة الداخلية وتقليل مقاومة السبائك للوسائط الأخرى المسببة للتآكل (مثل مياه البحر والأحماض) في الخدمة اللاحقة.

انخفاض في الخواص الميكانيكية: تؤدي الأكسدة إلى فقدان المواد على سطح السبيكة وإنشاء تركيز إجهاد عند واجهة سبيكة الأكسيد-. وهذا يؤدي إلى انخفاض في قوة الشد والليونة لسبائك المونيل. عند التعرض لدرجات حرارة عالية-تحميل دوري، تتقشر طبقة الأكسيد بشكل متكرر، مما يؤدي إلى تسريع فشل الكلال.

عدم الاستقرار الأبعاد: يحدث التمدد الحجمي أثناء تكوين الأكسيد، مما يؤدي إلى خشونة السطح وانحرافات الأبعاد لمكونات السبائك، مما يضر بالتطبيقات الهندسية الدقيقة.

2. تفاعل سبائك المونيل مع الكبريت عند درجات حرارة عالية

يتفاعل النيكل مع الكبريت ليتكونشيكل(كبريتيد النيكل) ومشتقاته (Ni₃S₂). تحتوي هذه الكبريتيدات على نقاط انصهار منخفضة (ينصهر NiS عند 797 درجة)، وعندما تتجاوز درجة الحرارة 600 درجة، فإنها تشكل مرحلة سائلة تخترق حدود حبيبات السبائك.

يتفاعل النحاس الموجود في السبيكة مع الكبريت لتكوينهالنحاس(كبريتيد النحاس)، والذي يُظهر أيضًا خصائص اختراق حدود الحبوب.

تفاعل الكبريت مع السبيكة لا يشكل طبقة واقية؛ بدلا من ذلك، فإنه يؤدي باستمرار إلى تآكل المصفوفة من خلال انتشار حدود الحبوب.

هشاشة حدود الحبوب: يخترق السائل NiS وCu₂S حدود الحبوب، مما يضعف قوة الترابط بين الحبوب. يؤدي هذا إلى إظهار السبيكة هشاشة كبيرة عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يؤدي إلىكسر بين الحبيباتحتى في ظل انخفاض الضغط.

تسارع التآكل التآزر: منتجات الكبريت تدمر سلامة طبقة الأكسيد. في البيئات التي تحتوي على كل من الأكسجين والكبريت، تخضع السبيكة للأكسدة والكبريتات في وقت واحد، وتشكل خليطًا فضفاضًا من الأكاسيد والكبريتيدات. وينتج عن ذلك أمعدل التآكل 5-10 مرات أعلىمما كانت عليه في بيئة مؤكسدة أو كبريتيدة واحدة.

فقدان-مقاومة زحف درجات الحرارة العالية: الزحف هو أحد أوضاع الفشل الرئيسية لسبائك المونيل في تطبيقات تحمل درجات الحرارة العالية-الحمل-. يؤدي تلف حدود الحبوب الناتج عن الكبريتيد- إلى تقليل مقاومة زحف السبيكة، مما يؤدي إلى تقصير عمر الخدمة عند درجات حرارة مرتفعة.

3. الآثار الهندسية العملية

تطبيق الطلاءات المضادة-للأكسدة والمضادة-للكبريتات (على سبيل المثال، الطلاءات المنتشرة من الألومنيوم، والطلاءات الخزفية).

التحكم في الجو المحيط لتقليل محتوى الأكسجين والكبريت.

اختيار درجات Monel المعدلة (على سبيل المثال، Monel K-500 مع إضافة الألومنيوم والتيتانيوم لتقوية الترسيب) لتحسين استقرار درجات الحرارة العالية.