סקירה של המחקר והיישום של סגסוגות נחושת-ניקל, כולל מחקר על הסיווג, המאפיינים והיישומים, ודרישות הביצועים של סגסוגות נחושת-ניקל

סקירה של המחקר והיישום של סגסוגות נחושת-ניקל, כולל מחקר על הסיווג, המאפיינים והיישומים, ודרישות הביצועים של סגסוגות נחושת-ניקל

תקציר: ההתפתחות המהירה של התעשייה הימית הציבה דרישות גוברות לחומרי יישומי הנדסה ימית, לרבות נחושת לבנה, שנמצאת בשימוש נרחב בספינות, כמה תחנות כוח ובהתפלת מי ים. מכיוון שהוא נתון לשחיקת מי ים ולקורוזיה לטווח ארוך, אם עמידות בפני קורוזיה אינה עומדת בדרישות השימוש, יתרחש כשל קורוזיה, שיוביל להפסדים עצומים. לכן, נחושת לבנה משכה תשומת לב הולכת וגוברת בשל עמידות טובה בפני קורוזיה של מי ים (במיוחד ביצועי קורוזיה טובים בשחיקה) ועמידות בפני עייפות קורוזיה, ביצועי עיבוד מצוינים בקור ובחום, וחוזק מתיחה גבוה, חוזק תשואה ותכונות אחרות.

מילות מפתח: נחושת לבנה; הרכב; עמידות בפני קורוזיה; יישום

מספר סיווג CTL: TG146.15 קוד מסמך: א

עם התפתחות התעשייה הימית, בחירת החומרים של מערכות קירור מי ים התפתחה מנחושת TUP, פליז אלומיניום ופלדת אל-חלד המוקדמת לסגסוגת הנחושת-ניקל הנוכחית עם עמידות טובה יותר בפני קורוזיה של מי ים. נחושת לבנה משתמשת בניקל כיסוד העיקרי ומכילה כמות קטנה של Fe, Mn ואלמנטים אחרים כדי ליצור תמיסה מוצקה רציפה חד פאזית, המעניקה לו גמישות טובה, עמידות בפני פגיעות ויציבות תרמית. יחד עם זאת, הפתרון המוצק האינסופי של נחושת וניקל מונע שינוי פאזה במהלך עיבוד חם וקר מאוחר יותר, כך שיש לה השפעה מועטה על התכונות המכניות ועמידות הקורוזיה של הסגסוגת. מאמר זה מציג סגסוגות שונות של נחושת לבנה ויישומיהן, ומסכם את התקדמות המחקר של סגסוגות נחושת-ניקל. איור 1 מציג את מערכת הפלטפורמה הימית, ואיור 2 מציג את דרישות ביצועי החומר.

1. סיווג סגסוגות נחושת ניקל

טבלה 1 מציגה את הציון וההרכב היסודי של סגסוגת הקופרוניקל. ניתן לחלק את הקופרוניקל לקופרוניקל מנגן, קופרוניקל ברזל, קופרוניקל רגיל, קופרוניקל אלומיניום וקופרוניקל אבץ. בשל התוכן השונה של אלמנט Ni, התכונות שלו שונות, וגם אירועי היישום שונים. שונה. בגלל עמידות בפני קורוזיה שאין לה תחליף ותכונות רבות עדיפות על סגסוגות מסורתיות, יש לה פוטנציאל יישום גדול.

2. מאפיינים ויישומים של סגסוגות נחושת ניקל

נחושת לבנה רגילה היא בדרך כלל סגסוגת נחושת-ניקל מבנית. בנוסף לעמידות בפני קורוזיה גבוהה, יש לו גם תכונות מכניות מקיפות טובות בטמפרטורות גבוהות ונמוכות, כלומר, פלסטיות וקשיחות טובה. הוא משמש בדרך כלל כמוטות או רצועות. במקביל, הוספת כמה יסודות סגסוגת קורט כגון Fe, Mn, Zn ו-Al על בסיס נחושת לבנה רגילה יכולה להשיג דרישות ביצועים מיוחדות ביישומים מעשיים ולעמוד טוב יותר בצרכים התעשייתיים. הנחושת ברזל-ניקל הנפוצה ביותר היא BFe10-1-1 (C70600) ו

image.png

BFe30-1-1 (C71500), כאשר חלק המסה של Ni הוא בין 30% ל-10%, לסגסוגת יש טווח פאסיביות רחב יותר ועמידות הקורוזיה הטובה ביותר. לסגסוגת יש גם עמידות סופר חזקה בפני שחיקת מי ים וקורוזיה, והיא נקראת "סגסוגת הנדסית ימית". היישומים העיקריים של נחושת וסגסוגות נחושת בתחום ההנדסה הימית מוצגים בטבלה 2.

לסגסוגות BFe10-1-1 ו-BFe30-1-1 יש את היתרונות של עמידות טובה בפני שחיקת מי ים וקורוזיה, מקדם העברת חום גבוה, תכונות מכניות/ריתוך מצוינות, עיכוב הידבקות מיקרוביאלית ימית וכו', והן נמצאות בשימוש נרחב במנועים ראשיים ומנועי עזר לאוניות. צינורות מי קירור, צינורות להגנה מפני אש בפלטפורמות הפקת נפט ימיות, מחליפי חום בתחנות כוח, מעבים בתחנות כוח גרעיניות בחופיות, ומחממי מלח במכשירי אידוי בזק רב-שלביים להתפלת מי ים [2-4]. יחד עם זאת, לסגסוגת BFe30-1-1 יש חוזק גבוה יותר והיא משמשת גם בחלקים מבניים בעלי חוזק גבוה כגון פירים, מחברים, גבעולים של שסתומים ואוגנים של חלק מהמכשירים הימיים. סגסוגת BFe30-2-2, עמידה בפני קורוזיה בשחיקת מי ים ועמידות בפני קורוזיה חול, פותחה כדי להתמודד עם בעיית תכולת החול הגבוהה במי הים בים סין המזרחית [5]. BFe10-1-1

image.png

המאפיינים המכניים של צינורות סגסוגת BFe{{0}} במצב קשה צריכות לעמוד: חוזק מתיחה גדול מ-370MPa או שווה ל-370MPa, חוזק תפוקה גדול או שווה ל-150MPa, התארכות גדולה או שווה ל-18%, קשיות Vickers גדולה מ-85 או שווה ל-85; עמידות בפני קורוזיה: כמות קורוזיה (50 מעלות, 3.5% מי ים NaCl) פחות או שווה ל-0.025 מ"מ/א, אסורה קורוזיה בבור. לנחושת לבנה מנגן (מסגסוגת BMn3-12) יש מקדם התנגדות בינוני, מקדם טמפרטורת התנגדות קטן והיא יציבה יחסית. בשל התכונות החשמליות הטובות שלה, ניתן להשתמש בסגסוגת BMn3-12 לייצור נגדים סטנדרטיים ורכיבים התנגדות של מכשירים מדויקים אחרים. עם התפתחות הזמן, הדרישות לדיוק של מכשירים הולכות וגדלות, ולכן המחקר על סגסוגת זו לא יכול לעצור בשינוי הרכב הסגסוגת ותכולתה [6]. באמצעות חישול, כישלון שחול אופקי ותהליכי שרטוט, לסגסוגת BMn3-12 יש גבולות תאומים קוהרנטיים מיוחדים, שיכולים לשפר את חוזק החומר מבלי להשפיע על מוליכות החומר. סגסוגת BMn40-1.5 היא סגסוגת נחושת-ניקל חשמלית שהייתה בשימוש מוקדם יותר מסגסוגת BMn3-12. בגלל מקדם ההתנגדות הטמפרטורה הקטן יותר שלו, יש לו עמידות בחום טובה יותר וניתן להשתמש בו בטווח טמפרטורות רחב יותר. בהשוואה לסגסוגת BMn3-12, לסגסוגת BMn40-1.5 יש פוטנציאל תרמו-אלקטרי גבוה יותר כנגד נחושת, ולכן היא מתאימה לנגדים מדויקים, נגדי הזזה, שנאים הפעלה וויסות ומדדי מתח עבור AC [8 ]. לנחושת אלומיניום ניקל יש גם חוזק גבוה וגם פלסטיות וקשיחות טובה. ביניהם, סגסוגת BA13-3 משמשת לעתים קרובות לייצור חלקים עמידים בפני קורוזיה בעלי חוזק גבוה יותר, וסגסוגת BA16-1.5 משמשת לייצור קפיצים שטוחים עם שימושים חשובים. במשך זמן רב, על מנת לשפר את הביצועים של נחושת אלומיניום-ניקל, לעיתים קרובות מוסיפים כמות קטנה של יסודות קורט כדי ליצור מטריצה ​​מחוזקת של נחושת אלומיניום-ניקל, בעלת מוליכות טובה תוך שמירה על חוזק גבוה כדי לעמוד בדרישות היישום המעשיות. . מכיוון שלנחושת אלומיניום ניקל יש חוזק גבוה, מוליכות חשמלית גבוהה ועמידות בפני שחיקה טובה, היא יכולה לשמש כחומר פוטנציאלי למסגרות עופרת וחלקים עמידים בפני שחיקה [9-11].

אבץ cupronickel (סגסוגת BZn18-18BZn15-20) נקראת גם "כסף גרמני" [12]. מכיוון שלנחושת אבץ-ניקל יש את היתרונות של חוזק מתיחה טוב, עמידות בפני עייפות ועמידות בפני קורוזיה, היא משמשת בעיקר כקונכיות של רכיבים או גבישים, ציוד רפואי, חומרי בנייה וקונכיות של כלי נשיפה [13].