در میان تمام آلیاژهای مس،آلومینیوم برنز (به ویژه نیکل-گریدهای برنز آلومینیوم مانند C63000)مناسب ترین برای محیط های دریایی است. برتری آن ناشی از مقاومت استثنایی در برابر خوردگی، استحکام مکانیکی، و سازگاری با شرایط سخت آب دریا (شوری بالا، یونهای کلرید، رسوب زیستی، و قرار گرفتن در معرض مرطوب{1}}چرخهای خشک) است. در زیر توضیح مفصلی درباره اینکه چرا آلومینیوم برنز از سایر آلیاژهای مس (مانند برنز قلع، برنج، مس-نیکل) برای کاربردهای دریایی بهتر است، ارائه شده است که توسط اصول علم مواد و استانداردهای صنعتی (ASTM B124، ISO 431، NACE MR0175) پشتیبانی میشود:
1. دلیل اصلی 1: مقاومت در برابر خوردگی برتر در برابر آب دریا
غلظت بالای یون کلرید آب دریا (Cl-) (3.5-3.8٪ وزنی) برای اکثر فلزات بسیار خورنده است و باعث ایجاد حفره، خوردگی شکاف و زینک زدایی می شود. آلومینیوم برنز این موضوع را از طریق دو مکانیسم مهم حل می کند:
تشکیل فیلم اکسید غیرفعال:
آلومینیوم (Al) موجود در آلیاژ با اکسیژن و آب دریا واکنش می دهد و یک چسب متراکم تشکیل می دهد.فیلم غیرفعال اکسید آلومینیوم (Al2O3).در سطح این فیلم از نظر شیمیایی در محیطهای کلرید پایدار است، در برابر یونها نفوذ ناپذیر است و در صورت خراشیدگی یا آسیبدیدگی،-خود التیام مییابد، به سرعت اصلاح میشود تا از خوردگی بیشتر جلوگیری شود. برخلاف برنز قلع (مس-Sn) یا برنج (مس-روی)، که فاقد این لایه محافظ هستند، برنز آلومینیومی حتی در غوطهور شدن طولانیمدت در آب دریا از خوردگی حفرهای و شکافی جلوگیری میکند.
مقاومت در برابر زینک زدایی:
برنج (به عنوان مثال، C26000، C28000) مستعد زینک زدایی است{4}}یک فرآیند مخرب که در آن روی (Zn) به طور انتخابی از آلیاژ شسته میشود و یک ماتریکس مس متخلخل و شکننده باقی میگذارد. برنز قلع نیز از مقاومت محدودی در برابر کلرید رنج می برد که منجر به تخریب سطح می شود. آلومینیوم برنز حاوی روی نیست و دارای ترکیب مس-Al{{8}Ni- متعادلی است که خطر زینک زدایی را کاملاً از بین میبرد.
داده های عملکرد:
بر اساس ASTM G44 (تست اسپری نمک) و آزمایشات قرار گرفتن در معرض دریایی، آلومینیوم برنز (C63000) نشان می دهد<0.1 mm/year corrosion rateدر آب دریا-در مقایسه با قلع برنز (C51000: 0.3-0.5 میلی متر در سال) و برنج (C26000: 0.8-1.2 میلی متر در سال). برای اجزای حیاتی (به عنوان مثال، پروانه ها، سوپاپ ها)، این به معنی عمر مفید 5-10 برابر بیشتر از سایر آلیاژهای مس است.
2. دلیل اصلی 2: استحکام مکانیکی بالا و مقاومت در برابر سایش
اجزای دریایی (به عنوان مثال، پروانه ها، شفت ها، یاتاقان ها، پروانه های پمپ) نه تنها با خوردگی، بلکه با بارهای زیاد، اصطکاک و ضربه مواجه هستند. آلومینیوم برنز در اینجا برتری دارد:
استحکام کششی و سختی:
برنز آلومینیوم آنیل شده (C60600) دارای استحکام کششی 500-700 مگاپاسکال و سختی HB 100-130{11}}به طور قابل توجهی بالاتر از برنز قلع (300-500 مگاپاسکال، HB 80-110 کل) و HB 80-110 کل است. 400-600 مگاپاسکال، HB 80-100). برنز نیکل-آلومینیوم عملیات حرارتی شده (C63000) به استحکام کششی تا 900 مگاپاسکال و سختی HB 220-260 می رسد و آن را قادر می سازد در برابر بارهای سنگین و سایش ساینده ناشی از ماسه، رسوب یا موجودات دریایی مقاومت کند.
مقاومت در برابر سختی و خستگی:
افزودن نیکل (Ni) و آهن (Fe) ریزساختار آلیاژ را تصفیه می کند (تشکیل فازهای بین فلزی مانند κ-کاربید)، چقرمگی و مقاومت در برابر خستگی چرخه ای را افزایش می دهد. این برای قطعاتی که تحت فشار مکرر قرار می گیرند (به عنوان مثال، پروانه ها با سرعت بالا می چرخند، شیرها به طور مکرر باز و بسته می شوند)، بسیار مهم است، زیرا از شروع و انتشار ترک جلوگیری می کند.
3. دلیل اصلی 3: مقاومت در برابر رسوب زیستی
رسوب زیستی دریایی (چسباندن ماهیچه ها، صدف ها، جلبک ها) باعث افزایش کشش روی کشتی ها، کاهش کارایی و تسریع خوردگی با به دام انداختن آب دریا در شکاف ها می شود. آلومینیوم برنز از رسوب زیستی جلوگیری می کند:
سمیت برای موجودات دریایی:
مقادیر کمی از یونهای آلومینیوم و مس از سطح آلیاژ آزاد میشود و یک محیط سمی با غلظت کم ایجاد میکند که از رشد بیوفیلم جلوگیری میکند. در حالی که آلیاژهای مس{2}}نیکل نیز مقداری مقاومت در برابر رسوب زیستی دارند، سختی بالاتر آلومینیوم برنز چسبیدن و نفوذ ارگانیسمها به سطح را سختتر میکند.
سهولت در تمیز کردن:
لایه صاف و متراکم منفعل آلومینیوم برنز تمیز کردن را (مثلاً از طریق خراش دادن بدنه یا درمان اولتراسونیک) بدون آسیب رساندن به مقاومت در برابر خوردگی آلیاژ ساده میکند- برخلاف آلیاژهای نرمتر (مثلاً برنز قلع) که به راحتی خراشیده میشوند و محلهای خوردگی جدید ایجاد میکنند.
4. مقایسه با سایر آلیاژهای مس برای استفاده دریایی
برای برجسته کردن مزایای آلومینیوم برنز، در زیر یک مقایسه جانبی--با سایر آلیاژهای مس رایج در محیطهای دریایی آورده شده است:
| نوع آلیاژ | نمرات نمونه کلیدی | مقاومت در برابر خوردگی (آب دریا) | استحکام مکانیکی | مقاومت در برابر رسوب زیستی | کاربردهای دریایی معمولی | محدودیت ها |
|---|---|---|---|---|---|---|
| آلومینیوم برنز | C60600, C63000 | عالی (0.1 میلی متر در سال حداکثر) | بالا تا خیلی زیاد | خوب تا عالی | پروانه ها، شفت ها، شیرها، اتصالات بدنه، سکوهای دریایی | هزینه بالاتر؛ نیاز به ماشینکاری تخصصی (سخت/سخت) |
| مس-نیکل (مس-نیکل) | C71500 (70/30), C70600 (90/10) | بسیار خوب (0.15-0.2 میلی متر در سال) | متوسط | عالی | لوله های مبدل حرارتی، لوله کشی آب دریا، روکش بدنه | استحکام کمتر از آلومینیوم برنز؛ برای اجزای بار{0} بالا نامناسب است |
| قلع برنز | C51000, C54400 | ضعیف تا متوسط (0.3-0.5 میلی متر در سال) | متوسط | بیچاره | دریچههای آب شیرین، اتصالات غیرغوطهور- | مستعد ایجاد حفره/زنگ زدایی در آب دریا |
| برنج | C26000, C28000 | بسیار ضعیف (0.8-1.2 میلی متر در سال) | متوسط | بیچاره | سخت افزار تزئینی (غیر{0}}غوطه ور) | زینک زدایی شدید؛ خوردگی سریع در آب دریا |
5. نمرات کلیدی آلومینیوم برنز برای کاربردهای دریایی
دو درجه بر استفاده دریایی غالب است که هر کدام برای سناریوهای خاص بهینه شده اند:
C63000 (نیکل-آلومینیوم برنز):
ترکیب: 85% مس، 9% آل، 4% نیکل، 2% آهن
استحکام: استحکام کششی=700-900 مگاپاسکال (حرارت- تیمار شده)، سختی=HB 220-260
بهترین برای: اجزای حیاتی که به حداکثر مقاومت و استحکام در برابر خوردگی نیاز دارند (به عنوان مثال، پروانه ها، شفت های دریایی، پروانه های پمپ، اتصال دهنده های سکوی دریایی). مطابق با NACE MR0175 برای خدمات ترش و ASTM B124 برای استانداردهای برنز دریایی.
C60600 (10% آلومینیوم برنز):
ترکیب: 90% مس، 10% Al
استحکام: استحکام کششی=500-700 مگاپاسکال (بازپخت)، سختی=HB 100-130
بهترین برای: اجزای دریایی غیر حیاتی (به عنوان مثال، شیرها، اتصالات، براکت ها) که در آنها هزینه مورد توجه است اما مقاومت در برابر خوردگی ضروری است.
نتیجه گیری
آلومینیوم برنز (به ویژه C63000 نیکل{1}}آلومینیوم برنز) به دلیل داشتن آلیاژ مس بهینه برای محیط های دریایی است.ترکیبی بی بدیل از مقاومت در برابر خوردگی کلرید، استحکام مکانیکی بالا، مقاومت در برابر سایش و مهار رسوب زیستی. در حالی که هزینه اولیه بالاتری نسبت به برنج یا قلع برنز دارد، عمر طولانی، نیازهای تعمیر و نگهداری کم، و توانایی مقاومت در برابر شرایط سخت آب دریا، آن را به مقرون به صرفهترین انتخاب{1}}برای اجزای حیاتی دریایی تبدیل کرده است. برای کاربردهای تجارت خارجی، تأکید بر انطباق آن با استانداردهای بین المللی (ASTM، ISO، NACE) و عملکرد اثبات شده در صنایع دریایی (کشتی، نفت و گاز دریایی) به مشتریان کمک می کند ارزش پیشنهادی آن را تشخیص دهند.
