Mae aloion nicel yn cael eu categoreiddio ar sail eu cyfansoddiad, eu priodweddau a'u cymwysiadau. Mae'r prif fathau yn cynnwys:
Aloion haearn nicel: Yn cynnwys nicel 30-70% gyda haearn fel yr elfen eilaidd, yn aml gydag ychwanegiadau fel cromiwm, molybdenwm, neu gopr. Ymhlith yr enghreifftiau mae Invar (64% NI, 36% Fe), sy'n adnabyddus am ehangu thermol isel, a Permalloy (78% Ni, 22% Fe), a ddefnyddir mewn cymwysiadau magnetig.
Aloion nicel-copr: Yn nodweddiadol yn cynnwys 60-70% nicel ac 20-30% copr, gyda mân elfennau fel haearn neu manganîs. Mae Monel 400 (67% Ni, 30% Cu) yn enghraifft wych, wedi'i gwerthfawrogi am wrthwynebiad cyrydiad mewn amgylcheddau morol a chemegol.
Aloion nicel-cromiwm: Cynnwys cromiwm uchel (10-30%) ar gyfer ymwrthedd ocsideiddio, gyda nicel fel y sylfaen. Defnyddir Inconel 600 (76% Ni, 16% Cr, 8% Fe) yn helaeth mewn lleoliadau tymheredd uchel fel ffwrneisi a chyfnewidwyr gwres.
Aloion nicel-molybdenum: Yn llawn molybdenwm (15-30%) i wrthsefyll cyrydiad gan asidau (ee, asid hydroclorig). Mae Hastelloy B-2 (62% Ni, 28% MO) yn enghraifft allweddol, a ddefnyddir wrth brosesu cemegol.
Aloion nicel-cromiwm-molybdenum: Cyfunwch gromiwm a molybdenwm ar gyfer ocsideiddio cytbwys ac ymwrthedd cyrydiad. Mae Hastelloy C-276 (57% Ni, 16% Cr, 16% MO) yn rhagori mewn amgylcheddau garw fel toddiannau llawn clorid.
Aloion nicel-titanium (aloion cof-siâp): Megis nitinol (55% Ni, 45% TI), sy'n arddangos effeithiau cof siâp a superelastigrwydd, a ddefnyddir mewn dyfeisiau meddygol (stentiau) a chydrannau awyrofod.
Superalloys nicel: Aloion perfformiad uchel gyda nicel fel y sylfaen (30-70%), wedi'u gwella gan elfennau fel cromiwm, cobalt, alwminiwm, a titaniwm ar gyfer cryfder tymheredd uchel eithafol. Ymhlith yr enghreifftiau mae Inconel 718 ac aloion un grisial fel CMSX-4.
Mae priodweddau magnetig superalloys nicel yn dibynnu ar eu cyfansoddiad, yn enwedig y cynnwys nicel a'r elfennau aloi.
Mae Nickel ei hun yn ferromagnetig(wedi'i ddenu i magnetau) ar dymheredd yr ystafell. Fodd bynnag, mae llawer o superalloys nicelan-fagnetig neu wan magnetigoherwydd ychwanegiadau aloi sy'n tarfu ar y drefn ferromagnetig.
Er enghraifft:
Yn gyffredinol, mae Inconel 718, sy'n cynnwys ~ 52% Ni ynghyd â chromiwm, niobium, a molybdenwm, yn gyffredinol nad yw'n magnetig yn ei gyflwr anelio neu oed.
Alloys with higher nickel content (e.g., >Gall 80%) gadw ferromagnetiaeth wan, ond mae hyn yn brin mewn superalloys, lle mae cromiwm ac elfennau eraill yn aml yn atal ymddygiad magnetig.
Y rheswm allweddol yw y gall elfennau fel cromiwm, molybdenwm, a cobalt leihau tymheredd curie ferromagnetig nicel, gan wneud yr aloion yn an-fagnetig ar dymheredd yr ystafell. Mae'r eiddo hwn yn fanteisiol mewn cymwysiadau awyrofod a thrydanol lle mae'n rhaid lleihau ymyrraeth magnetig.
Mae carbidau yn waddodion pwysig mewn superalloys nicel, a ffurfiwyd gan garbon yn adweithio â metelau anhydrin. Maent yn gwella cryfder tymheredd uchel, ymwrthedd ymgripiad, a sefydlogrwydd ffiniau grawn. Mae carbidau cyffredin yn cynnwys:
Carbidau mc: Carbidau ciwbig gyda strwythur tebyg i NaCl, lle mae "M" yn cynrychioli metelau fel titaniwm (TIC), tantalwm (TAC), niobium (NBC), neu hafnium (HFC). Mae'r rhain yn ffurfio yn ystod solidiad ac yn aml fe'u ceir fel gronynnau arwahanol, gan gryfhau'r matrics ac atal tyfiant grawn.
Carbidau m₂₃c₆: Carbidau cymhleth (ee, cr₂₃c₆, (cr, mo) ₂₃c₆) sy'n gwaddodi ar ffiniau grawn. Maent yn gwella cryfder ffiniau grawn, gan leihau cracio rhyngranbarthol o dan straen tymheredd uchel. Cromiwm yw'r prif fetel yn M₂₃C₆, gyda molybdenwm neu dwngsten yn amnewid mewn rhai achosion.
Carbidau m₆c: Carbidau hecsagonol neu giwbig (ee, (mo, w, ni) ₆c) sy'n ffurfio ar dymheredd canolradd. Fe'u ceir yn aml mewn aloion sy'n llawn molybdenwm neu twngsten (ee, Hastelloy X) ac yn cyfrannu at wrthwynebiad ymgripiad trwy binio dadleoliadau.
Carbidau m₇c₃: Yn llai cyffredin ond a welwyd mewn rhai aloion, gall y carbidau hyn (ee CR₇C₃) ffurfio yn ystod triniaeth wres a gallant drawsnewid yn m₂₃C₆ ar dymheredd uwch.
Mae dosbarthiad a math y carbidau yn cael eu rheoli trwy drin gwres, gan sicrhau'r priodweddau mecanyddol gorau posibl ar gyfer gwasanaeth tymheredd uchel.
Mae gan superalloys sy'n seiliedig ar nicel ddargludedd thermol cymharol isel o gymharu â metelau fel copr neu alwminiwm, eiddo sy'n cydbwyso cadw gwres a chywirdeb strwythurol mewn cymwysiadau tymheredd uchel.
Gwerthoedd nodweddiadol: Dargludedd thermol yn amrywio o10 i 25 w/(m · k)Ar dymheredd yr ystafell, gan ostwng ychydig ar dymheredd uchel. Er enghraifft:
Inconel 718: ~ 11 w/(m · k) ar 20 gradd, ~ 16 w/(m · k) ar 800 gradd.
CMSX-4 (superalloy un grisial): ~ 12 w/(m · k) ar 20 gradd, ~ 18 w/(m · k) ar 1,000 gradd.
Hastelloy x: ~ 14 w/(m · k) ar 20 gradd, ~ 20 w/(m · k) ar 800 gradd.
Ffactorau sy'n dylanwadu ar ddargludedd: Mae elfennau aloi (ee, molybdenwm a thwngsten yn lleihau dargludedd), nodweddion microstrwythurol (ee, gwaddodi ffonau gwasgariad, gostwng cludiant thermol), a thymheredd (mae dargludedd yn cynyddu ychydig gyda thymheredd oherwydd symudiad ffonon uwch).
Arwyddocâd Peirianneg: Mae dargludedd thermol isel yn helpu i gadw gwres mewn rhannau poeth o dyrbinau nwy, gan leihau graddiannau thermol a gwella effeithlonrwydd. Mae hefyd yn lleihau trosglwyddo gwres i gydrannau oerach, gan eu hamddiffyn rhag gorboethi.
Mae superalloys sy'n seiliedig ar nicel yn hollbwysig mewn awyrofod oherwydd eu gallu i wrthsefyll tymereddau eithafol, straen mecanyddol a chyrydiad. Mae aloion allweddol a'u cymwysiadau yn cynnwys:
Inconel 718:
Cyfansoddiad: ~ 52% Ni, 19% Cr, 18.5% Fe, 5% DS, 3% mo, 1% Ti, 0.6% al.
Ngheisiadau: Disgiau tyrbin, llafnau, a chasinau mewn peiriannau jet (ee tyrbinau pwysedd isel) a pheiriannau rocedi. Mae ei weldadwyedd rhagorol a'i gryfder uchel ar 650-700 gradd yn ei gwneud yn amlbwrpas ar gyfer cydrannau strwythurol.
Inconel 625:
Cyfansoddiad: ~ 61% Ni, 21.5% Cr, 9% mo, 3.6% DS, 2.5% Fe.
Ngheisiadau: Siambrau hylosgi, systemau gwacáu, a dwythell. Mae ei wrthwynebiad ocsideiddio uwch (hyd at 1,093 gradd) a gwrthiant cyrydiad yn gweddu i amgylcheddau injan garw.
Waspaloy:
Cyfansoddiad: ~ 58% Ni, 19% Cr, 13% CO, 4.3% mo, 3% Ti, 1.4% al.
Ngheisiadau: Disgiau a llafnau tyrbin pwysedd uchel mewn peiriannau jet milwrol a masnachol. Mae'n cynnig ymwrthedd ymgripiad rhagorol ar radd 760-815.
Superalloys un grisial (ee, CMSX-4, PWA 1484):
Cyfansoddiad: ~ 60-65% Ni, 10–20% Cr, 5–10% CO, 5–8% AL, 5–10% W, gyda TA, TI, neu AG ychwanegiadau.
Ngheisiadau: Llafnau tyrbin pwysedd uchel mewn peiriannau jet datblygedig (ee, Boeing 787, Airbus A350). Mae eu strwythur un grisial yn dileu ffiniau grawn, gan leihau ymgripiad yn sylweddol a gwella cryfder ar 1,000–1,100 gradd.
Haynes 282:
Cyfansoddiad: ~ 57% Ni, 20% Cr, 10% CO, 8.5% mo, 2.1% Ti, 1.5% al.
Ngheisiadau: Disgiau a chasinau tyrbin mewn peiriannau'r genhedlaeth nesaf. Mae'n cyfuno cryfder tymheredd uchel â gwell ffabrigedd o'i gymharu ag aloion hŷn.
Mae'r aloion hyn yn galluogi peiriannau awyrofod i weithredu ar dymheredd uwch, gan gynyddu effeithlonrwydd tanwydd a byrdwn wrth sicrhau dibynadwyedd tymor hir.
