آلیاژهای با دمای بالا به دلیل خواص مکانیکی عالی و مقاومت در برابر خوردگی در دمای بالا به طور گسترده در صنایع مختلف مانند هوافضا، تولید برق و فرآوری های شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند. ما به عنوان یک تامین کننده آلیاژ با دمای بالا، اهمیت روش های تصفیه سطحی این آلیاژها را درک می کنیم. عملیات سطحی نه تنها عملکرد آلیاژهای با دمای بالا را افزایش می دهد، بلکه عمر مفید آنها را نیز افزایش می دهد. در این وبلاگ، چند روش متداول تصفیه سطح برای آلیاژهای با دمای بالا را بررسی خواهیم کرد.
1. پوشش اکسید
پوشش اکسیدی یکی از اساسی ترین و پرکاربردترین روش های تصفیه سطح برای آلیاژهای با دمای بالا می باشد. هنگامی که آلیاژهای با دمای بالا در معرض محیط های با دمای بالا قرار می گیرند، یک لایه نازک اکسید روی سطح آنها تشکیل می شود. این لایه اکسید به عنوان یک مانع عمل می کند و از آلیاژ زیرین در برابر اکسیداسیون و خوردگی بیشتر محافظت می کند.
به عنوان مثال، در برخی از آلیاژهای با دمای بالا مبتنی بر نیکل، یک لایه اکسید کروم (Cr2O3) می تواند تشکیل شود. کروم میل ترکیبی بالایی با اکسیژن دارد و در دماهای بالا با اکسیژن موجود در اتمسفر واکنش می دهد و یک لایه متراکم و چسبنده Cr2O3 تشکیل می دهد. این لایه از نظر ترمودینامیکی پایدار است و دارای سرعت انتشار کم اکسیژن است که به طور موثری از نفوذ اکسیژن به ماتریس آلیاژ جلوگیری می کند.
تشکیل لایه اکسیدی را می توان از طریق فرآیندهای عملیات حرارتی کنترل و افزایش داد. با حرارت دادن آلیاژ در یک اتمسفر کنترل شده با فشار جزئی اکسیژن خاص، می توانیم ضخامت و کیفیت لایه اکسید را بهینه کنیم. با این حال، لایه اکسید ممکن است محدودیت هایی داشته باشد. به عنوان مثال، در شرایط خاص، مانند جریان گاز با سرعت بالا یا چرخه حرارتی، لایه اکسید ممکن است ترک بخورد یا پاره شود و اثر محافظتی آن کاهش یابد.
2. آلومینیوم
آلومینیزاسیون فرآیندی است که در آن آلومینیوم به لایه سطحی آلیاژهای با دمای بالا وارد می شود. این را می توان از طریق چندین روش مانند سیمان کردن بسته، رسوب شیمیایی بخار (CVD) و پاشش حرارتی به دست آورد.
- سیمان پک: در سیمان سازی پک، آلیاژ در مخلوط پودری حاوی آلومینیوم، یک فعال کننده (مانند کلرید آمونیوم) و یک پرکننده بی اثر (مانند آلومینا) دفن می شود. سپس بسته تا دمای بالا گرم می شود. در این دما، فعال کننده تجزیه شده و اتم های آلومینیوم فعال را آزاد می کند که در سطح آلیاژ پخش می شود. لایه آلومینیومی معمولاً از یک ترکیب بین فلزی مانند NiAl در آلیاژهای مبتنی بر نیکل تشکیل شده است. این لایه بین فلزی دارای مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون و خوردگی در دمای بالا است. به عنوان مثال، آلومینیومیآلیاژ GH625عملکرد بهبود یافته را در محیط های با دمای بالا و خورنده نشان می دهد.
- رسوب بخار شیمیایی (CVD): CVD روش دقیق تری برای آلومینیزاسیون است. در این فرآیند، ترکیبات فرار آلومینیوم در یک محفظه راکتور تجزیه میشوند و اتمهای آلومینیوم روی سطح آلیاژ رسوب میکنند. CVD می تواند یک لایه آلومینیومی یکنواخت تر و متراکم تر را در مقایسه با سیمان کردن بسته تولید کند. با این حال، به تجهیزات پیچیده تر و یک محیط کنترل شده نیاز دارد.
- اسپری حرارتی: پاشش حرارتی شامل پاشیدن ذرات مذاب یا نیمه مذاب آلومینیوم بر روی سطح آلیاژ است. این روش نسبتاً ساده است و می توان از آن برای تعمیر و یا پوشش دادن قطعات با اندازه بزرگ استفاده کرد. لایه آلومینیوم اسپری شده می تواند محافظت خوبی در برابر اکسیداسیون و خوردگی ایجاد کند، اما چسبندگی و چگالی آن ممکن است تحت تأثیر پارامترهای پاشش قرار گیرد.
3. نیتروژن دهی
نیتریدینگ یک فرآیند تصفیه سطحی است که نیتروژن را به لایه سطحی آلیاژهای با دمای بالا وارد می کند. این می تواند سختی، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خستگی آلیاژ را بهبود بخشد.
انواع مختلفی از فرآیندهای نیتریدینگ وجود دارد، از جمله نیترید کردن گاز، نیتریدینگ پلاسما و نیتریدینگ نمک - حمام.
- نیتریدینگ گاز: در نیتروژن گازی، آلیاژ در یک اتمسفر حاوی نیتروژن، معمولاً آمونیاک (NH3) گرم می شود. در دماهای بالا، آمونیاک تجزیه می شود و اتم های نیتروژن آزاد می شود که در سطح آلیاژ پخش می شود. نیترید کردن گاز فرآیندی نسبتاً کند است، اما می تواند یک لایه نیترید ضخیم و یکنواخت ایجاد کند. به عنوان مثال،آلیاژ GH925پس از نیترید کردن گاز، سختی سطح و مقاومت در برابر سایش افزایش یافته است، که برای کاربردهایی که آلیاژ در معرض اصطکاک و سایش است، مفید است.
- نیتریدینگ پلاسما: نیتروژن دهی پلاسما از ترشحات پلاسما برای تولید گونه های نیتروژن فعال استفاده می کند. آلیاژ در یک محفظه کم فشار قرار می گیرد و با اعمال میدان الکتریکی پلاسما ایجاد می شود. یون های فعال نیتروژن در پلاسما به سمت سطح آلیاژ شتاب می گیرند و در آن پخش می شوند. نیتریدینگ پلاسما دارای چندین مزیت است، مانند زمان پردازش کوتاه تر، کنترل بهتر فرآیند نیترید کردن، و توانایی نیترید کردن اجزای پیچیده شکل.
- نمک - نیتروژن حمام: در نیتریدینگ نمک - حمام، آلیاژ در حمام نمک مذاب حاوی ترکیبات اهداکننده نیتروژن غوطه ور می شود. اتم های نیتروژن از حمام نمک به سطح آلیاژ منتقل می شوند. این روش برای قطعات کوچک مناسب است و می تواند یک لایه سطحی سخت و مقاوم در برابر سایش ایجاد کند.
4. پوشش با مواد سرامیکی
پوشش آلیاژهای دمای بالا با مواد سرامیکی روشی موثر برای بهبود عملکرد آنها در دمای بالا است. سرامیک ها دارای نقطه ذوب بالا، هدایت حرارتی کم و پایداری شیمیایی عالی هستند که می تواند آلیاژ را در برابر اکسیداسیون دمای بالا، خوردگی و شوک حرارتی محافظت کند.
مواد سرامیکی معمولی که برای پوشش آلیاژهای با دمای بالا استفاده می شوند عبارتند از زیرکونیا (ZrO2)، آلومینا (Al2O3) و کاربید سیلیکون (SiC). این سرامیک ها را می توان از طریق روش هایی مانند پاشش پلاسما، رسوب فیزیکی بخار پرتو الکترونی (EB - PVD) و فرآیندهای سل ژل به کار برد.
- اسپری پلاسما: پاشش پلاسما روشی پرکاربرد برای پوشش سرامیکی است. در این فرآیند، پودرهای سرامیکی به یک جت پلاسما با دمای بالا تزریق میشوند و در آنجا ذوب شده و روی سطح آلیاژ اسپری میشوند. پوشش های سرامیکی پلاسما می توانند ضخامت نسبتاً بالایی داشته باشند و چسبندگی خوبی به زیرلایه داشته باشند. به عنوان مثال، یک پوشش سرامیکی بر پایه زیرکونیاآلیاژ GH4099می تواند به طور قابل توجهی انتقال حرارت به آلیاژ زیرین را کاهش دهد و عملکرد عایق حرارتی آن را بهبود بخشد.
- الکترون - رسوب فیزیکی بخار پرتو (EB - PVD): EB - PVD یک روش پوشش دهی با دقت بالا است. در این فرآیند، یک هدف سرامیکی توسط یک پرتو الکترونی در یک محفظه با خلاء بالا گرم میشود و اتمهای سرامیکی تبخیر شده روی سطح آلیاژ رسوب میکنند. EB - PVD می تواند یک پوشش سرامیکی متراکم و ستونی ایجاد کند که مقاومت در برابر شوک حرارتی خوبی دارد.
- سل - فرآیند ژل: فرآیند سل ژل شامل هیدرولیز و متراکم شدن آلکوکسیدهای فلزی برای تشکیل سل می شود که سپس روی سطح آلیاژ اعمال می شود و خشک و تف جوشی می شود تا یک پوشش سرامیکی تشکیل شود. فرآیند سل ژل می تواند یک پوشش سرامیکی نازک و یکنواخت ایجاد کند و برای پوشش دادن اجزای پیچیده شکل مناسب است.
5. درمان سطحی با لیزر
درمان سطح لیزری یک روش نسبتاً جدید و پیشرفته درمان سطحی برای آلیاژهای با دمای بالا است. از پرتو لیزر پر انرژی برای اصلاح خواص سطحی آلیاژ استفاده می کند.
- سخت شدن لیزر: سخت شدن لیزری شامل گرم کردن سطح آلیاژ با پرتو لیزر تا دمای بالا و سپس خنک کردن سریع آن است. این فرآیند می تواند یک لایه سطحی سخت و ریزدانه ایجاد کند و مقاومت به سایش و سختی آلیاژ را بهبود بخشد. سخت شدن لیزری یک روش درمان موضعی است که می توان آن را به طور دقیق برای درمان نواحی خاصی از آلیاژ کنترل کرد.
- روکش لیزری: روکش لیزری فرآیندی است که در آن لایه ای از مواد پرکننده بر روی سطح آلیاژ با استفاده از پرتو لیزر قرار می گیرد. ماده پرکننده می تواند آلیاژ فلز، سرامیک یا مواد کامپوزیت باشد. روکش لیزری می تواند خواص سطحی آلیاژ مانند مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش و عملکرد در دمای بالا را بهبود بخشد. به عنوان مثال، روکش لیزری یک آلیاژ با کروم بالا بر روی یک آلیاژ با دمای بالا می تواند مقاومت در برابر خوردگی آن را در یک محیط خورنده افزایش دهد.
نتیجه گیری
ما به عنوان یک تامین کننده آلیاژ با دمای بالا، طیف گسترده ای از آلیاژهای درجه حرارت بالا و خدمات حرفه ای تصفیه سطح را ارائه می دهیم. روش های تصفیه سطح ذکر شده در بالا می توانند عملکرد و عمر مفید آلیاژهای با دمای بالا را در کاربردهای مختلف به طور قابل توجهی بهبود بخشند. چه به پوشش اکسیدی برای حفاظت اولیه نیاز داشته باشید، چه آلومینیوم سازی برای افزایش مقاومت در برابر اکسیداسیون، نیتریدینگ برای بهبود مقاومت در برابر سایش، پوشش سرامیکی برای عایق حرارتی، یا عملیات لیزری سطح برای اصلاح دقیق، ما تخصص و فناوری لازم را برای رفع نیازهای شما داریم.
اگر به خدمات آلیاژهای با درجه حرارت بالا یا خدمات تصفیه سطح ما علاقه مند هستید، از شما استقبال می کنیم تا برای بحث بیشتر و مذاکره در مورد خرید با ما تماس بگیرید. ما متعهد هستیم که بهترین راه حل ها را برای کاربردهای دمای بالا به شما ارائه دهیم.
مراجع
- Kuppusami, P., & Sundararajan, G. (2002). اصلاح سطح سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل برای کاربردهای با دمای بالا. فناوری سطح و پوشش، 150(1 - 2)، 1 - 12.
- Heuer, AH, & Bunsell, AR (Eds.). (2004). کتاب راهنمای سرامیک های پیشرفته. الزویر.
- Ceschini، L.، و Morri، A. (2010). درمان های سطحی برای کاربردهای با دمای بالا. در آلیاژهای با دمای بالا (ص 339 - 370). انتشارات وودهد.
