1. نیکل 200 و نیکل 201 هر دو نیکل خالص تجاری هستند. تفاوت اساسی بین آنها چیست و چرا برای کاربردهای صنعتی اهمیت دارد؟
تفاوت اساسی بین نیکل 200 (UNS N02200) و نیکل 201 (UNS N02201) در محتوای کربن آنها نهفته است، مشخصاتی به ظاهر کوچک که پیامدهای عمیقی برای سرویس{4}}در دمای بالا دارد.
نیکل 200: این گرید حاوی حداکثر 0.15 درصد کربن است. در حالی که این سطح پایین برای بسیاری از کاربردها قابل قبول است، در دماهای بالا به یک مسئولیت تبدیل می شود.
نیکل 201: این نسخه کم-کربن است، با حداکثر محتوای کربن فقط 0.02%.
چرا این مهم است: مکانیسم شکنندگی بین دانه ای
هنگامی که نیکل 200 برای دوره های طولانی در معرض دماهای بین 425 تا 650 درجه فارنهایت (800 درجه فارنهایت تا 1200 درجه فارنهایت) قرار می گیرد، کربن درون ماتریکس نیکل تا مرزهای دانه پخش می شود. در آنجا، از محلول رسوب می کند و یک شبکه پیوسته و شکننده از کاربید نیکل (Ni3C) تشکیل می دهد.
این پدیده که به عنوان بارش کاربید بین دانه ای شناخته می شود، ماده را در امتداد مرزهای دانه آن به شدت ضعیف می کند. این فلز مستعد ترک خوردگی بین دانه ای و شکنندگی می شود و شکل پذیری و چقرمگی خود را از دست می دهد. برای کشتی یا قطعه ای که تحت استرس کار می کند، این می تواند منجر به خرابی فاجعه بار و غیرقابل پیش بینی شود.
نیکل 201، با محتوای کربن بسیار پایین، عملاً در برابر این شکل از تخریب مصون است. بنابراین، قانون انتخاب ساده است:
از نیکل 200 برای کاربردها در دمای کمتر از 315 درجه (600 درجه فارنهایت) استفاده کنید.
از نیکل 201 برای کاربردهایی که شامل قرار گرفتن در معرض دمای بالاتر از 315 درجه (600 درجه فارنهایت) هستند، استفاده کنید.
این امر نیکل 201 را به انتخاب اجباری برای تجهیزات بحرانی{1}در دمای بالا مانند بخاریهای مقاومت الکتریکی، اجزای هوافضا، و مخازن پردازش شیمیایی خاص تبدیل میکند.
2. در زمینه "ورق" در مقابل "صفحه"، تمایز تعیین کننده چیست و ضخامت چگونه بر ساخت و کاربرد مواد تأثیر می گذارد؟
تمایز بین "ورق" و "صفحه" در درجه اول در ضخامت است و این طبقه بندی مستقیماً فرم های موجود، روش های ساخت و استفاده نهایی را دیکته می کند.
ورق: به طور کلی به اشکال نازکتر اشاره دارد. یک تعریف صنعتی رایج، موادی با ضخامت کمتر از 6.35 میلی متر (0.25 اینچ) است. اغلب به صورت حلقه ای برای پردازش مداوم یا به صورت ورق های مسطح عرضه می شود.
صفحه: به فرم های ضخیم تر، معمولاً 6.35 میلی متر (0.25 اینچ) و بالاتر اشاره دارد. به صورت تک تک قطعات تخت عرضه می شود.
تاثیر ضخامت بر ساخت و کاربرد:
ورق نازک (به عنوان مثال، 0.5 میلی متر - 3 میلی متر):
ساخت: بسیار شکل پذیر و شکل پذیر. برای طراحی عمیق، چرخش و خم شدن به اشکال پیچیده ایده آل است. به راحتی می توان آن را برش داد و مشت کرد.
کاربردها: پوشش باتری، واشر محافظ RFI/EMI، دم انبساط انعطاف پذیر، پوشش های پردازش شیمیایی، و اجزای سلول سوختی.
صفحه ضخیم (مثلاً 12mm - 50mm+):
ساخت: برای فرم دهی شدید مناسب نیست. ساخت آن حول محور ماشینکاری، حفاری و جوشکاری می چرخد. جوشکاری ورق نیکل ضخیم نیاز به روشهای تخصصی دارد، از جمله گرمای پیش{2} و دمای بینگذری کنترلشده برای جلوگیری از ترک خوردن به دلیل مهار زیاد.
کاربردها: در مواردی استفاده می شود که یکپارچگی سازه و مقاومت در برابر خوردگی تحت فشار یا بار بالا مهم است. به عنوان مثال می توان به بدنه رگ اصلی برای تولید سود سوزآور، مخازن راکتور در صنعت داروسازی و سبدهای بزرگ آند برای آبکاری الکتریکی اشاره کرد.
بنابراین انتخاب بین ورق و صفحه تابع مستقیم نیازهای بار مکانیکی طرح و فرآیند تولید مورد نظر است.
3. نیکل خالص تجاری به دلیل مقاومت در برابر خوردگی مشهور است. در برابر کدام محیط های خورنده خاص موثرتر است و در کجا باید از آن اجتناب کرد؟
مقاومت عالی در برابر خوردگی نیکل 200/201 ناشی از اشراف ذاتی آن و توانایی آن در تشکیل یک لایه اکسید محافظ و غیرفعال است. با این حال، عملکرد آن بسیار خاص-محیط است.
محیط هایی که نیکل اکسل می کند:
سود سوزآور (هیدروکسید سدیم): این مهمترین کاربرد نیکل است. مقاومت فوقالعادهای در برابر تمام غلظتهای NaOH، حتی در دماهای بالا و در حالت مذاب از خود نشان میدهد. این ماده انتخابی برتر برای اواپراتورهای سوزاننده، دیگ فیوز و تجهیزات جابجایی است.
محلولهای نمک خنثی و قلیایی: در نمکهای غیر اکسیدکننده مانند کلریدها، سولفاتها و استاتها عملکرد بسیار خوبی دارد. این باعث می شود آن را برای فرآوری مواد غذایی (مانند نمک و اسیدهای چرب) و کاربردهای دریایی مناسب کند.
آبهای شیرین و دریایی: مقاومت آن در برابر خوردگی و به طور بحرانی در برابر رسوب زیستی (به دلیل سمیت آن برای موجودات دریایی) آن را برای لولههای مبدل حرارتی در کندانسورهای نیروگاهی و واحدهای نمکزدایی ایدهآل میکند.
هالوژن های خشک (در دمای اتاق): در برابر کلر خشک و فلوئور مقاومت می کند.
محیط هایی که باید از نیکل اجتناب کرد:
اسیدها و محلول های اکسید کننده: نیکل برای اسید نیتریک، نیترات، اسید کرومیک یا نمک های آمونیوم مناسب نیست. در این محیط ها، لایه محافظ شکسته می شود که منجر به حمله سریع و شدید می شود.
هیدروکسید آمونیوم هوادهی شده: باعث ترک خوردگی شدید ناشی از خوردگی تنشی (SCC) نیکل می شود.
دی اکسید گوگرد و اسید سولفوریک داغ: این محیط ها به شدت به نیکل حمله می کنند.
اسیدهای غیر اکسید کننده (با یک اخطار): نیکل مقاومت خوبی در برابر اسید کلریدریک و سولفوریک دارد، اما فقط در غیاب کامل هوا یا عوامل اکسید کننده. وجود حتی مقادیر کمی از اکسیژن می تواند محیط را از حالت کاهنده به اکسید کننده تغییر دهد و سرعت خوردگی را به شدت افزایش دهد.
4. چالش های اصلی در جوشکاری ورق و صفحه نیکل 200/201 چیست، و چه تکنیک ها و مواد مصرفی خاصی برای اطمینان از یک جوش مقاوم در برابر خوردگی- مورد نیاز است؟
جوشکاری نیکل اساساً با جوشکاری فولاد متفاوت است و برای غلبه بر چالشهای خاص خود نیازمند رویکردی منظم است.
چالش های کلیدی:
ویسکوزیته بالا و سیالیت فلز مذاب ضعیف: نیکل مذاب "تنبل" است و مانند فولاد خیس یا جاری نمی شود. این باعث می شود در صورت عدم استفاده از تکنیک مناسب، مستعد عدم جوش خوردن و نقص نفوذ ناقص باشد.
حساسیت به ترک داغ: ترکیبی از انبساط حرارتی بالا و محدوده دمایی انجماد گسترده، جوشهای نیکل را مستعد ترک خوردگی، بهویژه ترکهای خط مرکزی میکند.
حساسیت به تخلخل: علت اصلی آلودگی است که بیشتر از گوگرد، فسفر، سرب و اکسیژن است. گوگرد، حتی در مقادیر ناچیز از قلمهای علامتگذاری یا آلایندههای مغازه، میتواند باعث ترکخوردگی بین دانهای فاجعهبار شود.
تکنیک ها و مواد مصرفی مورد نیاز:
طراحی اتصال: از زوایای شیار وسیعتر (مثلاً شیار V-70-80 درجه به جای 60 درجه برای فولاد) و دهانههای ریشه بزرگتر برای دسترسی بهتر برای قوس و حوضچه کند جوش استفاده کنید.
تمیزی دقیق: این تنها عامل مهم است. منطقه جوش باید به دقت از روغن، گریس، رنگ و علامت گذاری تمیز شود. تمام اکسیدها باید با آسیاب کردن یا برس زدن با یک برس سیمی مخصوص فولاد ضد زنگ حذف شوند.
ورودی گرمای کم: از آمپر کمتر استفاده کنید و از بافتن بیش از حد خودداری کنید تا پهنای منطقه تحت تأثیر حرارت (HAZ) را به حداقل برسانید و رقت را کنترل کنید. این به جلوگیری از ترک خوردگی داغ کمک می کند.
مواد مصرفی مناسب: جوشکاری باید با فلزات پرکننده ای انجام شود که خلوص آنها "بیش از حد" باشد.
انتخاب استاندارد ENi-1 (برای SMAW/Stick) یا ERNi-1 (برای GTAW/TIG و GMAW/MIG) است. اینها سیمها/الکترودهای نیکل خالص تجاری با سطوح اکسید زدا (مانند تیتانیوم و منگنز) به دقت کنترل شده برای مقابله با تخلخل و بهبود جوشپذیری بدون به خطر انداختن مقاومت در برابر خوردگی هستند.
یک اتصال نیکل که با موفقیت جوش داده شده است دارای مشخصات مهره ای تمیز و کمی محدب خواهد بود و با مقاومت در برابر خوردگی فلز پایه مطابقت دارد.
5. فراتر از فرآوری شیمیایی عمده، چه کاربردهای حیاتی اما کمتر آشکار برای ورق نیکل 200/201 وجود دارد که از ترکیب منحصر به فرد خواص آن استفاده می کند؟
در حالی که مخازن شیمیایی یک کاربرد اصلی هستند، مجموعه خصوصیات منحصر به فرد Ni200/201-مقاومت در برابر خوردگی عالی، رسانایی حرارتی و الکتریکی بالا، نفوذپذیری مغناطیسی خوب و نفوذپذیری گاز کم{3}}استفاده از آن را در چندین برنامه کاربردی با فناوری پیشرفته امکانپذیر میسازد.
هوافضا و دفاع:
کاربردهای برودتی: چقرمگی و شکل پذیری نیکل 201 در واقع با کاهش دما افزایش می یابد. این باعث می شود که آن را به ماده ای عالی برای آسترها یا اجزای مخازن سوخت برودتی و خطوط انتقال موشک ها و فضاپیماها، مدیریت هیدروژن و اکسیژن مایع تبدیل کند.
الکترونیک و انرژی:
ورقهای آند برای تولید باتریهای لیتیوم{0}}: در طول پوشش دوغابهای الکترود، دوغاب روی ورقهای نیکل خالص اعمال میشود که به عنوان یک حامل رسانا، از نظر شیمیایی بیاثر و از نظر ابعادی پایدار عمل میکنند. پرداخت سطح ورق برای کیفیت پوشش نهایی الکترود بسیار مهم است.
محافظ RFI/EMI: ورقهای نیکل نازک برای ایجاد واشرها و محفظههایی استفاده میشوند که به طور مؤثری از تجهیزات الکترونیکی حساس در برابر تداخل فرکانس{0} الکترومغناطیسی و رادیویی محافظت میکنند.
فرآوری مواد غذایی:
اجزای ساختاری در هیدروژناسیون اسیدهای چرب و روغن: نیکل در برابر اثرات خورنده اسیدهای آلی داغ مقاوم است. علاوه بر این، ماهیت غیر آلوده{1} آن (طعم یا رنگ نمی دهد) و سهولت تمیز کردن، آن را برای اجزای حیاتی در تجهیزات تولید مواد غذایی و مارگارین مناسب می کند.
ساخت تخصصی:
قالب برای عدسیهای شیشهای و پلاستیکی: ساختار دانهریز آن به آن اجازه میدهد تا به سطح آینهای{0} نوری پرداخت شود. رسانایی حرارتی بالای آن خنکسازی یکنواخت را تضمین میکند، که برای تولید اجزای نوری بدون اعوجاج بسیار مهم است.
در این کاربردها، نیکل اغلب نه تنها یک ماده مناسب است، بلکهراموادی را فعال می کند که به فناوری اجازه می دهد تا به طور قابل اعتماد عمل کند.
