निकेल-आधारित मिश्र धातु मिश्र धातुओं का एक वर्ग है जिसमें 650-1000 ℃ के उच्च तापमान पर उच्च शक्ति और ऑक्सीकरण और संक्षारण के लिए कुछ प्रतिरोध होता है। उनके मुख्य गुणों के आधार पर, निकल-आधारित मिश्र धातुओं को गर्मी प्रतिरोधी निकल-आधारित मिश्र धातुओं, संक्षारण प्रतिरोधी निकल-आधारित मिश्र धातुओं, पहनने के लिए प्रतिरोधी निकल-आधारित मिश्र धातुओं, सटीक निकल-आधारित मिश्र धातुओं और आकार स्मृति निकल-आधारित मिश्र धातुओं में विभाजित किया जा सकता है। उच्च तापमान मिश्र धातुओं को उनके मैट्रिक्स सामग्रियों के अनुसार लौह-आधारित उच्च-तापमान मिश्र धातुओं, निकल-आधारित उच्च-तापमान मिश्र धातुओं और कोबाल्ट-आधारित उच्च-तापमान मिश्र धातुओं में वर्गीकृत किया जाता है। निकल-आधारित उच्च तापमान मिश्र धातुओं को आमतौर पर केवल निकल-आधारित मिश्र धातु के रूप में जाना जाता है।
उत्पत्ति एवं विकास
निकल-आधारित मिश्र धातुओं का अनुसंधान और विकास 1930 के दशक के अंत में शुरू हुआ। यूके ने पहली बार 1941 में निमोनिक 75 (Ni-20Cr-0.4Ti) का उत्पादन किया। रेंगने की शक्ति में सुधार करने के लिए, एल्यूमीनियम जोड़ा गया, जिसके परिणामस्वरूप निकल-आधारित मिश्र धातु निमोनिक 80 (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al) प्राप्त हुआ। 1940 के दशक के मध्य में संयुक्त राज्य अमेरिका, 1940 के दशक के अंत में सोवियत संघ और 1950 के दशक के मध्य में चीन ने भी क्रमिक रूप से निकल-आधारित मिश्र धातु विकसित की। निकल-आधारित मिश्र धातुओं के विकास में दो पहलू शामिल हैं: मिश्र धातु संरचना में सुधार और उत्पादन तकनीक में नवाचार। उदाहरण के लिए, 1950 के दशक की शुरुआत में वैक्यूम पिघलने की तकनीक के विकास ने उच्च एल्यूमीनियम और टाइटेनियम सामग्री के साथ निकल-आधारित मिश्र धातुओं को शुद्ध करने के लिए स्थितियां बनाईं, जिससे उनकी ताकत और ऑपरेटिंग तापमान में काफी सुधार हुआ। 1950 के दशक के उत्तरार्ध में, टरबाइन ब्लेड के बढ़ते ऑपरेटिंग तापमान ने मिश्र धातुओं की उच्च तापमान ताकत पर उच्च मांग रखी। हालाँकि, उच्च शक्ति ने विरूपण को कठिन या असंभव बना दिया, जिससे सटीक कास्टिंग तकनीक का उपयोग करके अच्छी उच्च तापमान ताकत के साथ कास्टिंग मिश्र धातुओं की एक श्रृंखला का विकास हुआ। 1960 के दशक के मध्य में, प्रत्यक्ष रूप से ठोस और एकल-क्रिस्टल उच्च तापमान मिश्र धातुओं के साथ-साथ पाउडर धातुकर्म उच्च तापमान मिश्र धातुओं के प्रदर्शन में सुधार हुआ था। समुद्री और औद्योगिक गैस टर्बाइनों की जरूरतों को पूरा करने के लिए, 1960 के दशक से, अच्छे उच्च तापमान संक्षारण प्रतिरोध और स्थिर माइक्रोस्ट्रक्चर के साथ उच्च क्रोमियम निकल-आधारित मिश्र धातुओं की एक श्रृंखला विकसित की गई है। 1940 के दशक की शुरुआत से लेकर 1970 के दशक के अंत तक, लगभग 40 वर्षों में, निकल-आधारित मिश्र धातुओं का ऑपरेटिंग तापमान 700℃ से 1100℃ तक बढ़ गया, जो प्रति वर्ष लगभग 10℃ की औसत वृद्धि है। आज, निकल-आधारित मिश्र धातुओं का ऑपरेटिंग तापमान 1100℃ से अधिक है। प्रारंभिक सरल निमोनिक 75 मिश्र धातु से लेकर हाल ही में विकसित MA6000 मिश्र धातु तक, जो 2220 MPa की तन्य शक्ति और 1100°C पर 192 MPa की उपज शक्ति का दावा करता है, 1100°C/137 MPa पर इसकी रेंगने की शक्ति लगभग 1000 घंटे है, जो इसे एयरो-इंजन ब्लेड के लिए उपयुक्त बनाती है।
निकल-आधारित मिश्र धातुओं में विभिन्न धातुओं की भूमिका
एक विशिष्ट निकल-आधारित मिश्र धातु के लिए, एक विशेष वातावरण में कई चर मौजूद होते हैं, जिनमें शामिल हैं: एकाग्रता, तापमान, वेंटिलेशन, तरल (गैस) प्रवाह दर, अशुद्धियाँ, टूट-फूट और परिसंचारी प्रक्रिया की स्थिति। ये परिवर्तन विभिन्न संक्षारण समस्याओं को जन्म दे सकते हैं। निकेल और अन्य मिश्रधातु तत्व इन समस्याओं का समाधान कर सकते हैं। धात्विक निकल अपने गलनांक तक पहुंचने से पहले एक ऑस्टेनिटिक फलक-केंद्रित घन संरचना बनाए रखता है। यह तन्य-भंगुर संक्रमण के लिए स्वतंत्रता प्रदान करता है और अन्य धातुओं के सह-अस्तित्व के कारण होने वाली विनिर्माण समस्याओं को काफी कम करता है। इलेक्ट्रोकेमिकल अनुक्रम में, निकेल लोहे की तुलना में अधिक निष्क्रिय है लेकिन तांबे की तुलना में अधिक प्रतिक्रियाशील है। इसलिए, कम करने वाले वातावरण में, निकल लोहे की तुलना में अधिक संक्षारण प्रतिरोधी है लेकिन तांबे की तुलना में कम संक्षारण प्रतिरोधी है। निकेल में क्रोमियम मिलाने से मिश्र धातु में ऑक्सीकरण प्रतिरोध उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप कम करने वाले और ऑक्सीकरण करने वाले दोनों वातावरणों के लिए उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध के साथ विभिन्न प्रकार की मिश्र धातुएँ प्राप्त होती हैं। स्टेनलेस स्टील और अन्य लौह-आधारित मिश्र धातुओं की तुलना में, निकल-आधारित मिश्र धातुएं अच्छी धातुकर्म स्थिरता बनाए रखते हुए ठोस समाधान अवस्था में व्यापक प्रकार के मिश्र धातु तत्वों को समायोजित कर सकती हैं। ये गुण निकल-आधारित मिश्रधातुओं में विभिन्न मिश्रधातु तत्वों को जोड़ने की अनुमति देते हैं, जिससे विभिन्न प्रकार के संक्षारक वातावरणों में उनका व्यापक अनुप्रयोग संभव हो जाता है।
निकल-आधारित मिश्र धातुओं में सामान्य तत्वों में शामिल हैं:
निकेल (नी): धातुकर्म स्थिरता प्रदान करता है, थर्मल स्थिरता और वेल्डेबिलिटी में सुधार करता है, एसिड और कास्टिक सोडा को कम करने के प्रतिरोध को बढ़ाता है, और विशेष रूप से क्लोराइड और कास्टिक सोडा वातावरण में तनाव संक्षारण क्रैकिंग के प्रतिरोध में सुधार करता है।
क्रोमियम (सीआर): ऑक्सीकरण प्रतिरोध, उच्च तापमान ऑक्सीकरण प्रतिरोध, सल्फाइडेशन प्रतिरोध, और गड्ढे और दरार जंग के प्रतिरोध में सुधार करता है।
मोलिब्डेनम (एमओ): एसिड संक्षारण को कम करने के प्रतिरोध में सुधार करता है, क्लोराइड युक्त जलीय घोल में गड्ढे और दरार संक्षारण के प्रतिरोध को बढ़ाता है, और उच्च तापमान की ताकत बढ़ाता है।
आयरन (Fe): उच्च तापमान कार्बराइजिंग प्रतिरोध में सुधार करता है, मिश्र धातु की लागत कम करता है, और थर्मल विस्तार को नियंत्रित करता है। कॉपर (Cu): एसिड संक्षारण (विशेष रूप से सल्फ्यूरिक एसिड) को कम करने के प्रतिरोध में सुधार करता है।
