العربية 
English 
Español 
Français 
Русский 
Português 
Deutsch 
Italiano 
Nederlands (Formeel) 
日本語 
Türkçe 
Українська 
تُعرف بعض المواد في عائلة المعادن باسم المواد الفائقة أو السبائك الفائقة. وتتميز هذه المواد عادةً بخصائص متقدمة. على سبيل المثال، يمكنها الحفاظ على خواصها الفيزيائية في درجات حرارة أعلى وتحت ضغط معين.
إحدى أفضل الأمثلة على السبائك الفائقة في عالم المواد هي السبائك الفائقة القائمة على النيكل. تتمتع هذه السبائك بخصائص استثنائية تجعلها أفضل من المواد والسبائك الفائقة الأخرى، مثل السبائك الفائقة القائمة على الحديد والكوبالت. وبالإضافة إلى مقاومة درجات الحرارة العالية، يمكن لسبائك النيكل هذه أن تتحمل التآكل العالي وظروف العمل القاسية.
ومع ذلك، غالبًا ما يحتاج الناس إلى توضيح حول سبب تسمية السبائك القائمة على النيكل بالسبائك الفائقة. تكمن الإجابة ببساطة في الخصائص الرائعة لسبائك النيكل. ومع ذلك، ستساعدك هذه المقالة على بناء مفاهيم واضحة فيما يتعلق بهذا الاستفسار.
لذا، وبدون مزيد من اللغط، دعونا نتعمق في المنشور!
ما هي السبائك المعتمدة على النيكل؟
كما يوحي الاسم، تتكون سبائك النيكل بشكل أساسي من النيكل وبعض السبائك الأخرى. وتشتهر بمقاومتها العالية للتآكل وقوتها الممتازة في درجات الحرارة العالية. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن لهذه السبائك أن تتحمل التعب والزحف وقوة الشد. ونظرًا للمميزات المذكورة أعلاه، يُشار إليها عادةً باسم السبائك الفائقة القائمة على النيكل.
علاوة على ذلك، فهي تعتبر مثالية للتوربينات والمبادلات الحرارية وتطبيقات المحركات الهوائية.
المصدر: يوتيوب
إنتاج السبائك الفائقة القائمة على النيكل ومعالجتها
عادةً ما يعتمد إنتاج ومعالجة سبائك النيكل الفائقة على تركيباتها. ومع ذلك، تعتمد التركيبة على كمية المادة المستخدمة. وعمومًا، يمكن استخدام عنصرين أو حتى عشرة عناصر من السبائك لتشكيل السبائك الفائقة القائمة على النيكل. تشكل هذه العناصر ما يقرب من نصف وزن السبائك الفائقة بالكامل.
عادة، عندما يتحد النيكل مع مواد مذابة مثل الألومنيوم أو التيتانيوم، ينتج عن ذلك تكوين بنية مجهرية متوازنة تتألف من جاما-جاما وجاما. وهذا يضمن قوة السبيكة الفائقة تحت تأثير درجة الحرارة المرتفعة.
يمكن تصنيع سبائك النيكل الفائقة من النيكل بطرق مختلفة، مثل المسحوق أو المصبوب أو المشغول. تمتص هذه السبائك الفائقة قوة المادة من خلال تقوية الترسيب أو معالجة المحلول الصلب. وعادةً ما يُستخدم الكروم والموليبدينوم والكوبالت والنيوبيوم والحديد والتنغستن والتنتالوم لتقوية المحاليل الصلبة.
ما هي خصائص السبائك الفائقة القائمة على النيكل؟
فيما يلي بعض الخصائص التي تنطبق على كل من السبائك الفائقة وسبائك النيكل. ولهذا السبب تعتبر هذه السبائك سبائك فائقة. دعونا نلقي نظرة مفصلة!
-
مقاومة عالية للحرارة
عادةً ما تتعرض المعادن لفقدان قوتها عند تعرضها لدرجات حرارة عالية. ولكن، تتمتع سبائك النيكل الفائقة بالقدرة على تحمل درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعلها حاليًا أكثر السبائك الفائقة استخدامًا على نطاق واسع. ويرجع السبب وراء ذلك إلى أن النيكل يمكنه الحفاظ على نفس البنية (المكعب المتمركز على الوجه) من درجة حرارة الغرفة إلى درجة حرارة الانصهار. تحافظ الحماية الحرارية المتأصلة في السبائك الفائقة على سلامة المادة.
وعادةً ما تعتمد مقاومة الحرارة العالية على تركيبات النيكل المختلفة الممزوجة مع سبائك النيكل. على سبيل المثال، تتكون سبيكة النيكل Inconel 718 من النيكل 55%، والحديد 6%، والكروم 21%، ونسبة صغيرة من المنجنيز والكربون والنحاس. وهي توفر قدرة تحمل استثنائية لدرجات الحرارة العالية وحماية ضد الأكسدة والتآكل. إلى جانب ذلك، تحتوي سبيكة النيكل Duranickel المصنوعة من النيكل على أكثر من 94% من النيكل. يتميز بخصائص زنبركية ممتازة تصل إلى 316 درجة مئوية ويصبح أكثر قوة عند معالجته حرارياً.
-
قوة استثنائية
يحدد الحمل الخارجي قوة المادة المطبقة عليها دون أي تشوه للمادة. يمكن أن تُظهر السبائك الفائقة القائمة على النيكل قوة شد أكبر من 700 ميجا باسكال وقوة خضوع تبلغ 275 ميجا باسكال. وفي الغالب، يمكن أن تُظهر هذه السبائك قوة عالية حتى في درجات الحرارة القصوى التي تتراوح بين 650 و1000 درجة مئوية.
من المثير للدهشة أن بعض السبائك الفائقة المصنوعة من النيكل تُظهر قوة خضوع تصل إلى 1125 ميجا باسكال، وهي أكبر من قوة الماس. ولا شك أن هذه القوة الاستثنائية لا يمكن توقعها إلا من السبائك الفائقة.
في تطبيقات الأقراص والتوربينات، تحتوي مرحلة هذه السبائك الفائقة على النيوبيوم أو الفاناديوم. وباستخدام هذه المرحلة، يمكن للمصنعين زيادة قوة المادة بكفاءة.
-
مقاومة التآكل
في بيئات مثل البيئات البحرية أو الكيميائية، يحدث التآكل والأكسدة بشكل سريع نسبيًا ويضر بالآلات المعدنية. لحسن الحظ، تتمتع سبائك النيكل بمقاومة ممتازة للبيئة الحمضية المعقدة والمسببة للتآكل، وهو ما يعد مرة أخرى إحدى الميزات البارزة للسبائك الفائقة. ولتحمل التآكل في هذه البيئات، تحتوي هذه السبائك بشكل أساسي على ما يصل إلى عشرة أنواع من عناصر السبائك.
وعلاوة على ذلك، يتمتع عنصر النيكل نفسه بمقاومة ممتازة للتآكل القلوي الكاوية والتآكل الإجهادي لأيونات Cl. ومع ذلك، فإن إضافة عناصر التخميل في السبائك القائمة على النيكل تشكل محاليل صلبة مع طور الركيزة مما يساعد على تعزيز إمكانية تآكل المواد واستقرارها الديناميكي الحراري. على سبيل المثال، قد تضيف النحاس (Cu) والكروم (Cr) والموليبدينوم (Mo) لزيادة قدرة السبيكة على التحمل للتآكل.
-
قابلية التصنيع
يحتاج المهندسون إلى البحث عن مواد قد تكون سهلة أثناء التشغيل الآلي. وفي هذا الصدد، تتمتع السبائك القائمة على النيكل بقوة خضوع وإجهاد قص ومقاومة أفضل لدرجات الحرارة العالية. ونتيجة لذلك، فإنها تتفوق على المعادن الأخرى من حيث قابلية اللحام.
فيما يلي بعض الأمثلة الشهيرة للسبائك القائمة على النيكل المتوفرة في السوق:
- سبائك للصناعات الكيميائية: إنكونيل، ومونيل، وإنكولوي.
- لسبائك المقاومة الكهربائية: سبيكة Incoloy 800، وResistohm، و، Brightray.
-
مقاومة بيئات العمل القاسية
يمكن لسبائك النيكل أن تتحمل ظروف العمل القاسية مثل غرف الغازات في الفضاء، والبيئات الحمضية، والمكونات الهيكلية للطاقة النووية، والبترول، والصناعات البحرية. وعلاوة على ذلك، فهي لا تتأثر بالماء والهواء الدافئ والمحاليل المائية الخاصة بسبب ثباتها الكيميائي العالي.
وباختصار، يمكن أن يتحمل تصنيع السبائك الفائقة الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية والظروف المسببة للتآكل بشكل فعال.
بعض الأنواع الشائعة الاستخدام من السبائك المعتمدة على النيكل
|
أنواع السبائك القائمة على النيكل |
|||
|
الأنواع |
التعريف | التطبيقات |
أمثلة |
|
سبائك النيكل والحديد |
يعطي خليط النيكل مع كمية من الحديد سبيكة النيكل والحديد التي تُظهر تمددًا حراريًا منخفضًا جدًا في الظروف القاسية. | ● معدات قياس دقيقة
● قضبان الثرموستات ● المحولات ● أجهزة تخزين الذاكرة ● المحاثات |
● إنفار 36
● إنفار 42 |
|
سبائك النيكل والنحاس |
ونظراً لأن سبائك النيكل والنحاس تشكل النحاس، فهي مواد شديدة المقاومة للتآكل، كما أن افتقارها للخصائص المغناطيسية يجعلها قابلة للتطبيق في تطبيقات مختلفة. | ● التطبيقات البحرية
● أنظمة الأنابيب ● صمامات مياه البحر ● أعمدة المضخات |
● مونيل 400
● مونيل R405 ● مونيل K500
|
|
سبائك النيكل والكروم |
تتميز سبائك النيكل والكروم بقوة عالية في درجات الحرارة العالية، ومقاومة كهربائية جيدة، وتحمل ممتاز للتآكل في جميع درجات الحرارة. | ● سخانات المقاومة الكهربائية
● المحامص ● عناصر التسخين الأخرى |
● رينيه 41
● ● Ni70Cr30 |
|
سبائك النيكل والتيتانيوم |
تشتهر سبائك النيكل والتيتانيوم بجودة مقاومة الشكل. عند تشويه الشكل الأصلي للجزء، فإنه يتذكر شكله الأولي ويمكن تحويله مرة أخرى إليه عند الحاجة. | ● أوعية الضغط
● منتجات الأنابيب ● المضخات والصمامات ● المبادلات الحرارية ● الصمامات |
● سبيكة B-2 |
|
سبائك النيكل والموليبدينوم |
يضمن وجود الموليبدينوم في سبيكة النيكل والموليبدينوم مقاومة كيميائية عالية للأحماض المختزلة، مثل حمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك وحمض الفوسفوريك. | ● ممتصات الصدمات في البناء | ● النيتينول |
تطبيقات السبائك الفائقة القائمة على النيكل
-
الفضاء الجوي
تعتبر سبائك النيكل ذات القاعدة العالية من النيكل ذات المقاومة الجيدة للتآكل الحراري والهيكل المستقر الأفضل لتصنيع السفن وتوربينات الغاز الصناعية. وعلى وجه الخصوص، تعد الطائرات آلات معقدة تتطلب العديد من المواصفات في ظل ظروف قاسية. يعتمد مهندسو الفضاء الجوي بشكل أساسي على السبائك القائمة على النيكل لتصميم الأجزاء التي يمكن أن تواجه الظروف البيئية القاسية. تتمتع هذه السبائك بالقدرة على تحمل الظروف الجوية القاسية لضمان الاستخدام الآمن.
التوربينات الغازية هي واحدة من أفضل تطبيقات صناعة الطيران. التوربينات هي مروحة تدور وتستخدم مصدر طاقة لتوليد الطاقة، مثل توربينات الرياح. يولد الغاز المضغوط الطاقة اللازمة لتدوير التوربين.
-
غرف الاحتراق
مواد غرف الاحتراق لها متطلبات قوة منخفضة نسبيًا. ومع ذلك، يجب الحفاظ على القوة حتى درجات حرارة تشغيل تصل إلى 1100 درجة مئوية أو أعلى. وعلاوةً على ذلك، فإن مقاومة الأكسدة، إلى جانب مقاومة الإجهاد الحراري ومقاومة الالتواء، هي الحاجة الأكثر أهمية.
ولجعل التصنيع أكثر سهولة، يجب أن تتمتع المادة أيضًا بقابلية تشكيل ولحام جيدة. ولهذا السبب فإن السبائك الفائقة القائمة على النيكل هي الخيار الأفضل لغرف الاحتراق.
-
شفرات التوربينات
يتعرض قسم الجنيح الهوائي لشفرة التوربينات لدرجة حرارة تتراوح بين 650-980 درجة مئوية وضغط 138 ميجا باسكال. عند درجة حرارة 760 درجة مئوية، يتعرض جذر الشفرة المتصل بالقرص لإجهادات شد تتراوح بين 276 و552 ميجا باسكال خارج مسار الغاز الساخن. ولهذا السبب يجب أن تتمتع مواد التوربينات بليونة كافية لتحمل التشوه الزاحف. ومن ثم، تُستخدم السبائك القائمة على النيكل في تصنيع شفرات التوربينات حيث يمكن الحفاظ على خواصها الميكانيكية لفترة طويلة.
-
التوربينات البخارية
تُستخدم السبائك الفائقة القائمة على النيكل لصنع أقراص التوربينات البخارية. تحتاج أقراص التوربينات إلى قوة زحف وشد عالية للحماية من الانفجار في درجات حرارة التشغيل المحورية. تصل درجات حرارة تشغيل قرص التوربينات البخارية إلى 760 درجة مئوية. تحدث درجة الحرارة هذه فقط على الحافة الخارجية بالقرب من مكان توصيل الشفرة. إلى جانب ذلك، تكون ضغوط التشغيل الناتجة عن أحمال الطرد المركزي عالية عند الحافة. وتصبح أعلى باتجاه مركز هذه المكونات الدوارة حيث تتجاوز 483 ميجا باسكال.
-
التطبيقات النووية
وتتسم بيئات المحطات النووية بدرجات حرارة عالية ومستويات عالية من التآكل. ويتم إنتاج قضبان التحكم وقوالب المفاعلات والمكونات الأخرى باستخدام سبائك أساسها النيكل. ونتيجة لذلك، يمكن للصناعة النووية الاستفادة بشكل كبير من هذه السبائك الفائقة.
-
قطع غيار المحرك
ونظرًا لمقاومتها الممتازة للحرارة، تُعد السبائك الفائقة مثالية لتطبيقات توليد الحرارة مثل المبادلات الحرارية. ويرجع ذلك إلى استخدام السبائك الفائقة في تصنيع أجزاء المحركات. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم ملحقات معدات الطائرات والفضاء أيضًا السبائك الفائقة القائمة على النيكل.
الخاتمة
وأخيرًا، تتوصل إلى إجابة منطقية على استفسارك، لماذا تُعد السبائك الفائقة القائمة على النيكل سبائك فائقة؟ إن الميزات والتطبيقات المتميزة للسبائك الفائقة تجعلها سبائك فائقة مثالية. وباختصار، يمكنك استخدام السبائك الفائقة القائمة على النيكل حيثما تكون هناك حاجة إلى مقاومة درجات الحرارة العالية والتآكل والقوة. إن استخدام هذه السبائك كمادة تصنيع لمنتجاتك سيؤثر بالفعل بشكل إيجابي على منتجاتك.
