سبائك النيكل 400 مونيل

سبائك المونيل عبارة عن سبيكة قائمة على النيكل، وتركيبها الكيميائي الرئيسي هو النيكل (Ni)، وأعلى محتوى يصل إلى 67٪، والتركيب الكيميائي الرئيسي الآخر هو النحاس (Cu)، ويحتوي أيضًا على كمية صغيرة من الحديد (Fe) والمنغنيز (Mn) والكربون (C) والسيليكون (Si) وعناصر أخرى.

قوة سبائك المونيل أعلى من قوة النيكل النقي، ويمكنها مقاومة تآكل الوسائط المختلفة، بما في ذلك مياه البحر سريعة التدفق. تشمل طرق معالجة سبائك المونيل العمل الساخن والعمل البارد والتصنيع واللحام.

في عام 1901، قام روبرت كروكس ستانلي، عالم المعادن في شركة النيكل الدولية (INCO)، بإنشاء سبيكة المونيل.

يعتمد مصدر اسم سبيكة مونيل على معلومات لتكريم رئيس الشركة آنذاك أمبروز مونيل (أمبروز مونيل). وفي وقت لاحق، شغل السيد ستانلي أيضًا منصب رئيس مجلس إدارة شركة النيكل الدولية. حصلت سبائك المونيل على براءة اختراع في عام 1906.

سبائك المونيل هي سبيكة باهظة الثمن يبلغ سعرها 5-10 أضعاف سعر النحاس النقي والنيكل النقي. لذلك، يتم استخدامه فقط في التطبيقات التي لا يمكن استبدالها ببدائل رخيصة.

 

التركيب الكيميائي والخواص الميكانيكية لسبائك المونيل 400 (N0440):

 

التركيب الكيميائي لسبائك المونيل 400 (%)
ج ≥	سي ≥	من ≥	ف ≥	س ≥	الكروم ≥	ني ≥	مو ≥	النحاس ≥
0.3	0.5	2	-	0.024	-	63	-	28.0-34.0
آحرون	ن ≥	ل ≥	تي ≥	F ه ≥	شارك ≥	الخامس ≥	ث ≥	ملحوظة ≥
	-	-	-	2.5	-	-	-	-

1. قوة الشد لسبائك المونيل 400 (N04400): σb ≥ 450 Mpa.
2. قوة إنتاج سبيكة Monel 400 (N04400): σb ≥ 170 Mpa.
3. استطالة سبيكة المونيل 400 (N04400): δ ≥ 30%.

 

خصائص سبائك المونيل

سبائك المونيل عبارة عن سبيكة ثنائية الحل الصلبة. وبما أن النيكل والنحاس يذوبان في بعضهما البعض، فهي أيضًا سبيكة أحادية الطور. بالمقارنة مع الفولاذ، فإن تصنيع سبائك المونيل أمر صعب، ويرجع ذلك أساسًا إلى خصائص تصلب العمل السريع. يتطلب الدوران بسرعات منخفضة ومعدلات تغذية منخفضة.

تبلغ كثافة سبائك Monel 400 8.80 جم / سم 3، ونطاق درجة حرارة الانصهار هو 1300 ~ 1350 درجة مئوية، والموصلية حوالي 34٪ IACS (يشير IACS إلى الموصلية القياسية الدولية للنحاس الملدن)، وقيمة الصلابة الملدنة هي 65 HRB. تشتهر سبائك Monel 400 بصلابتها ويمكنها الحفاظ على هذه المتانة في نطاق درجات حرارة كبير.

يمكنها مقاومة التآكل الناجم عن مختلف الأحماض والقلويات، ويمكن لبعض سبائك المونيل أن تتحمل حتى حرق الأكسجين النقي. وعادة ما يستخدم في البيئات شديدة التآكل. سبائك المونيل K-500 التي تم تشكيلها بعد إضافة كمية صغيرة من الألومنيوم (Al) والتيتانيوم (Ti) تتمتع بنفس مقاومة التآكل مثل سبائك المونيل 400 ولكنها ذات قوة أعلى، ويرجع ذلك أساسًا إلى تكوين الطور γ أثناء معالجة الشيخوخة. في ظل الظروف العادية، سبائك المونيل أغلى بكثير من الفولاذ المقاوم للصدأ.

يمكن لسبائك المونيل 400 أيضًا الحفاظ على خواص ميكانيكية ممتازة تحت الصفر. على الرغم من أن القوة والصلابة ستزداد، إلا أن اللدونة أو الصلابة ستنخفض قليلاً. حتى لو تم تبريدها في الهيدروجين السائل، فإن السبيكة لن تخضع لمرحلة انتقالية هشة قابلة للطرق. هذا هو الفرق الأكثر أهمية بين سبائك المونيل والمواد المعدنية الحديدية (الصلب والحديد) مع هشاشة درجات الحرارة المنخفضة.

تتمتع سبائك المونيل بمقاومة جيدة للتآكل في العديد من البيئات، ولكنها عرضة للصدأ عند تعرضها للمياه المالحة؛ لا يمكنها تحمل تآكل الوسائط التي تحتوي على أكسيد النيتريك وحمض النيتريك وثاني أكسيد الكبريت وهيبوكلوريت. سيؤدي استخدام سبائك المونيل أيضًا إلى التآكل الكهروكيميائي. وبعبارة أخرى، عندما تتلامس أدوات التثبيت المصنوعة من الألومنيوم أو الزنك أو الحديد مع سبائك المونيل، في ظل ظروف معينة (مثل الاستخدام في مياه البحر سريعة التدفق)، فإن أجزاء التثبيت المعدنية سوف تتآكل بسرعة.

 

استخدامات سبائك المونيل

الفضاء الجوي
في الستينيات. فازت سبائك Monel بعدد كبير من الطلبات في مجال بناء الفضاء والطائرات. يستخدم بشكل خاص لبناء جسم الطائرة والجلد للطائرات النفاثة التجريبية. على سبيل المثال، يمكن استخدام طائرة أمريكا الشمالية X-15 لتحمل كمية كبيرة من الحرارة الناتجة عن الاحتكاك الديناميكي الهوائي أثناء الطيران السريع للغاية. لا تزال سبيكة المونيل قادرة على الحفاظ على قوتها عند درجات حرارة عالية للغاية، مما يسمح لها بالحفاظ على ثبات شكلها عند سرعات الطيران العالية في الغلاف الجوي. أثناء صيانة الطائرات، يتم استخدام سبائك المونيل كسلك قفل في المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة لضمان قفل السحابات؛ ولأسباب اقتصادية، عادة ما يتم استخدام أسلاك القفل المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ في مناطق أخرى.

استخراج النفط وتكريره
يستخدم المونيل في صناعة الأجزاء التي تتصل مباشرة بحمض الهيدروفلوريك المركز في وحدة الألكلة. المقاومة الاستثنائية لسبائك المونيل للتآكل بحمض الهيدروفلوريك مذهلة. يمكنه تحمل جميع تركيزات حمض الهيدروفلوريك، ويمكن أن تصل درجة الحرارة إلى نقطة غليان حمض الهيدروفلوريك. قد تكون هذه هي المادة التي تتمتع بأفضل مقاومة للتآكل بين مواد السبائك الهندسية شائعة الاستخدام. يمكن لسبائك المونيل أيضًا أن تصمد أمام تآكل الكبريتيدات المختلفة وحمض الهيدروكلوريك في بيئة مختزلة.

الهندسة البحرية
مقاومة التآكل التي تتميز بها سبائك المونيل تجعلها مادة مثالية للتطبيقات البحرية، مثل أنظمة الأنابيب، وأعمدة المضخات، وصمامات البحر، وخطوط الصيد، ومرشحات السلال. بعض سبائك المونيل غير مغناطيسية تمامًا، وتستخدم في صنع كابلات التثبيت لكاسحات الألغام والمساكن الخاصة بمعدات قياس المجال المغناطيسي. في اليخوت، يتم استخدام سلك سبائك المونيل لقفل أغلال كابل المرساة. تُستخدم سبائك المونيل أيضًا في صناعة خزانات المياه وخزانات الوقود وغيرها من الأجهزة تحت الماء، مثل أعمدة المروحة ومسامير العارضة.

تجدر الإشارة إلى أنه بسبب مشكلة التآكل الكهروكيميائي (التآكل ثنائي المعدن) في مياه البحر، يجب عزل سبيكة المونيل عن المعادن الأخرى (مثل الفولاذ) أثناء بناء السفن. نشرت صحيفة نيويورك تايمز في 25 أغسطس 1915. مقال في "تقرير عن حادث يخت يبلغ طوله 215 قدمًا:" تم تحويل أول يخت تم بناء هيكله بالكامل من سبائك المونيل إلى شظايا في ستة أسابيع فقط وتم تدميره. اضطر إلى الخردة ". بفضل التآكل الكهروكيميائي، تآكل عارضة الهيكل الفولاذي لليخت وتضاءلت بسرعة بعد ملامستها لسبائك المونيل، مما أدى في النهاية إلى انهيار قاع اليخت. فيما يتعلق بأبحاث الطيور البحرية، وخاصة اختيار المواد لحلقة تحديد قدم الطائر، تم استخدام حلقة تحديد قدم الطائر المصنوعة من سبائك المونيل في العديد من أنواع الطيور البحرية، مثل طيور القطرس التي تعيش في بيئات مياه البحر المسببة للتآكل.

آلة موسيقية
تُستخدم سبيكة المونيل في تصنيع مكابس أو دوارات صمامات الآلات الموسيقية عالية الجودة، مثل الأبواق الصغيرة والكبيرة والفرنسية. استخدمت شركة RotoSound سبائك المونيل لصنع أوتار الجيتار الكهربائي في عام 1962. ويستخدم العديد من الفنانين هذه الأوتار. في عام 2017، أصدرت شركة D'Addario string (شركة D'Addario string) مجموعة من منتجات أوتار الكمان، وهي أيضًا عبارة عن أوتار مستديرة الجرح مصنوعة من سبائك المونيل على أوتار D وG.

 

استخدامات أخرى
علامات هوية مصنوعة من سبائك المونيل (علامات كلاب للجنود الأمريكيين خلال الحرب العالمية الثانية)

المقاومة الممتازة للتآكل لمختلف الأحماض والأكسجين تجعل من سبائك المونيل مادة عالية الجودة في الصناعة الكيميائية. سيناريوهات الاستخدام الأخرى مثل:
1. تخصيب اليورانيوم، معظم خطوط الأنابيب ذات القطر الكبير المستخدمة في إنتاج سداسي فلوريد اليورانيوم مصنوعة من سبائك المونيل؛
2. صمام تنظيم للضغط العالي والغاز المعبأ في زجاجات تفاعلية قوية (مثل حمض الهيدروكلوريك)؛
3. في أوائل القرن العشرين، تم استخدام سبائك المونيل على نطاق واسع في نظام البخار المسخن لمجموعات مولدات البخار؛
4. غالبًا ما يتم استخدام سبائك المونيل أيضًا في صناعة أحواض المطبخ وإطارات النظارات؛
5. غرفة الاحتراق المستخدمة لصنع أنبوب إشعال الغلاية.
6. العمر التصميمي لساعة Long Now هو 10000 عام. على أساس عدم استخدام أي معادن ثمينة، فإن بعض أجزاء الساعة مصنوعة من مادة سبائك المونيل بناءً على مخاوف بشأن مقاومة التآكل.