آلیاژهای حاوی نیکل-مس (Nickel–Copper) بدلیل مقاومت به خوردگی عالی در آب دریا و خواص ضد باکتریایی قوی در صنایع دریایی و پزشکی بسیار پرکاربرد هستند .
انواع آلیاژهای نیکل مس
- آلیاژهای حاوی نیکل پایین یا آلیاژهای کم نیکل (حاوی ۲ الی ۱۳ درصد نیکل) .
- کوپرونیکل (Cupronickels) (حاوی ۱۰ الی ۳۰ درصد نیکل) . آلیاژهای مس-نیکل با نام “کوپرونیکل” نیز شناخته می‌شوند .
- آلیاژ سکه (Coinage alloy) (حاوی ۲۵ درصد نیکل) .
- آلیاژ مقاوم الکتریکی یا آلیاژهای عایق (حاوی ۴۵ درصد نیکل) (Electrical resistance alloy) .
- آلیاژهای حاوی نیکل-مس غیر مغناطیسی یا آلیاژهای غیرمغناطیسی (تا ۶۰ درصد نیکل) .
- آلیاژهای حاوی نیکل بالا یا آلیاژهای پر نیکل ، مونل (Monel) (بیشتر از ۵۰ درصد نیکل) .
همانطور که مشاهده شد محتوای نیکل آلیاژهای نیکل-مس نسبت به آلیاژهای نیکل با خلوص بالا ، بسیار کمتر است .
دیاگرام تعادلی مس-نیکل
شکل ۱ دیاگرام تعادلی مس نیکل را نشان می‌دهد .
شکل ۱ : دیاگرام تعادلی مس- نیکل .
در پایین و سمت راست این نمودار ، خطی مشاهده می‌شود . آلیاژ در پایین این خط رفتار فرومغناطیس و در بالای خط رفتار پارامغناطیس از خود نشان می‌دهد . یعنی بسته به دما و مقدار عنصر آلیاژی خاصیت مغناطیسی آلیاژهای حاوی نیکل-مس متفاوت خواهد بود .
بعنوان مثال در دمای ۱۵۰ درجه سانتی گراد آلیاژهایی که تا ۸۰ درصد نیکل دارند دارای خاصیت پارامغناطیس هستند .
اما در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد آلیاژهایی که بیشتر از ۶۸.۵ درصد نیکل دارند رفتار مغناطیسی خواهند داشت .
خواص آلیاژهای نیکل مس
- آلیاژهای نیکل-مس استحکام بالایی دارند .
- قابلیت جوشکاری این آلیاژها بالا است .
- آلیاژهای حاوی نیکل-مس مقاومت به خوردگی عالی دارند .
- آلیاژهای نیکل- مس در دامنه دمایی گسترده چقرمگی مطلوبی از خود نشان می‌دهند .
- سرویس دهی عالی در آب دریا و آب‌های شور تحت شرایط سرعت بالا . مقاوم در برابر خوردگی حفره‌ای و فرسایش .
- خواص ضد باکتری قوی .
شکل ۲ تاثیر محتوای نیکل بر رسانایی حرارتی عنصر مس را در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد بررسی می‌کند .
شکل ۲ : رسانایی حرارتی آلیاژهای مس-نیکل در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد برحسب محتوای نیکل .
می‌دانیم که عنصر مس رسانایی حرارتی بالایی دارد ؛ اما نیکل می‌تواند بر روی این خصوصیت تاثیر بسیار منفی بگذارد و رسانایی حرارتی مس را بشدت کاهش دهد .
ترکیب شیمیایی آلیاژهای نیکل مس
در جدول ۱ به ترکیب شیمیایی آلیاژهای حاوی نیکل-مس پرداخته شده است .
جدول ۱ : ترکیب شیمیایی آلیاژهای نیکل-مس .
خواص مکانیکی آلیاژهای نیکل و مس
در جدول ۲ خواص مکانیکی آلیاژهای نیکل-مس آورده شده است .
جدول ۲ : خواص مکانیکی آلیاژهای نیکل-مس .
خواص آلیاژ کوپرونیکل
- مقاومت به خوردگی عالی در برابر آب دریا .
- نرخ ماکروخوردگی (Macrofouling) کم .
- قابلیت ساخت خوب .
خواص آلیاژ مونل ۴۰۰ (Monel alloy ۴۰۰) زیرمجموعه آلیاژهای حاوی نیکل-مس
- این آلیاژ در محیط های حاوی کلر ، محلول‌های اچ شیشه ، سولفوریک اسید و سایر اسیدها و تقریبا همه مواد قلیایی نرخ خوردگی کمی دارد .
- این آلیاژ در برابر ترک ناشی از خوردگی تنشی (Stress-corrosion cracking (SCC)) مقاوم است .
- آلیاژ ۴۰۰ در اتمسفرهای اکسید کننده تا دمای ۵۸۳ درجه سانتی گراد مقاوم است .
- آلیاژ ۴۰۰ در اتمسفرهای احیا کننده ممکن است تا دماهای بالاتر از ۵۸۳ درجه سانتی گراد مقاوم باشد .
- فنرهای مونل ۴۰۰ در محیطهای خورنده تا دمای ۲۳۲ درجه سانتی گراد مقاوم هستند .
خواص آلیاژ مونل ۴۰۴ (Monel alloy ۴۰۴)
- این گرید از آلیاژهای حاوی نیکل-مس نفوذپذیری مغناطیسی کمی دارند .
- خواص لحیم کاری (Brazing) عالی .
- دمای کوری پایین .
- پایداری مغناطیسی بالا .
خواص آلیاژ مونل R-405 (Monel alloy R-405)
- این آلیاژ قابلیت ماشینکاری بالایی دارد .
- بسیار شبیه به آلیاژ ۴۰۰ است ؛ اما مقداری گوگرد برای بهبود قابلیت ماشینکاری به آن افزوده می‌شود .
- مقاومت به خوردگی این آلیاژ برابر با آلیاژ ۴۰۰ است ؛ اما دامنه خواص مکانیکی آن متفاوت است .
خواص آلیاژ مونل K-500 (Monel alloy K-500)
- قابلیت پیرسختی این گرید از آلیاژهای حاوی نیکل-مس ، استحکام و سختی مطلوبی به آن می‌بخشد .
- آلیاژ نیکل-مس مونل K-500 مقاومت به خوردگی عالی دارد .
- انجام کار سرد بر روی این آلیاژ و بدنبال آن پیرسختی آن ، خواص آلیاژ را بهبود می‌بخشد .
- این آلیاژ خواص مکانیکی مطلوبی در محدوده دمایی گسترده از خود نشان می‌دهد .
- استحکام این آلیاژ تا دمای ۶۴۹ درجه سانتی گراد حفظ می‌شود .
- انعطاف پذیری و سفتی این آلیاژ تا دمای ۲۵۳ – درجه سانتی گراد حفظ می‌شود .
- آلیاژ مونل K-500 نفوذپذیری کمی دارد و تا دمای ۱۳۴ – درجه سانتی گراد خاصیت مغناطیسی ندارد .
- این آلیاژ نرخ خوردگی پایینی در انواع محیط ها دارد .
کاربردهای آلیاژهای حاوی نیکل-مس
این آلیاژها در کاربردهای دریایی مانند پروانه‌های کشتی ، شفتهای پروانه ، شفتهای پمپ ، لوله‌های کندانسور و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند .
آلیاژهای نیکل و مس همچنین در ساخت سکه‌ها ، لوله ترمز و کاربردهای برودتی بکار می‌روند .
همچنین بدلیل خواص ضد باکتریایی در بخش مراقبت های ویژه بیمارستان‌ها از این آلیاژها استفاده می‌شود .
کاربرد آلیاژ کوپرونیکل
- صنایع دریایی .
کاربرد آلیاژ مونل ۴۰۰ (Monel alloy ۴۰۰) زیرگروه آلیاژهای حاوی نیکل-مس
- صنایع دریایی : سوپاپ ها ، پمپ ها ، شفتهای پمپ و پروانه و غیره .
- قطعات الکتریکی و الکترونیکی .
- تجهیزات مورد استفاده در صنایع شیمیایی .
- مخازن بنزین و آب شیرین .
- تجهیزات تقطیر نفت خام .
- دیگ‌های بخار .
- مبدل‌های حرارتی .
- و غیره .
کاربردهای آلیاژ مونل ۴۰۴ (Monel alloy ۴۰۴) زیرگروه آلیاژهای حاوی نیکل-مس
- کاربردهای الکترونیکی .
- موجبر (Waveguides) .
- ترانزیستورها .
کاربردهای آلیاژ مونل R-405 (Monel alloy R-405)
- ماشین آلات پیچ اتوماتیک .
- قطعات کنتور آب .
- کاربردهای هسته‌ای .
کاربرد آلیاژ مونل K-500 (Monel alloy K-500) زیرگروه آلیاژهای حاوی نیکل-مس
- شفتهای پمپ و پروانه‌ها .
- تیغه های پزشکی .
- ابزارآلات حفاری .
- قطعات الکترونیک .
- فنرها .
- و غیره .
آلیاژهای حاوی نیکل-مس زیرمجموعه ای از نیکل و آلیاژهای پایه نیکل هستند که استحکام ، مقاومت به خوردگی و خواص آنتی باکتریال مطلوبی دارند . بدلیل خواص مطلوب این آلیاژها از آنها در صنایع دریایی ، حفاری ، پزشکی ، هسته‌ای ، الکترونیکی ، شیمیایی و غیره استفاده می‌شود .
منابع
۱. Handbook of Materials Selection, Edited by MYER KUTZ
۲. https://www.copper.org/applications/marine/cuni/
۳. https://www.copper.org/applications/marine/cuni/properties/DKI_booklet.html