התנהגות קורוזיה וחמצן Superalloys בסביבה של הנחתים

בסביבה הקרובה של The Marine Environment as a Corrosive Medium

יםווטר הוא אחד הסביבות הטבעיות האגרסיביות ביותר לחומרים מתכתיים.ה מוליכות החשמלית הגבוהה שלו, בשילוב עם ריכוז כלור של בערך 19,000 מ"ג / L, יוצר תנאים שמקדמים corrosion אלקטרוכימי מהיר.מתמוסס חמצן במיים, בדרך כלל בין 6 ל -10 מ"ג / L, משמש כתגובה קטוודית העיקרית, המניעה פירוק של רוב הסגסוגת.

Superalloys ניסיון התקפה מואצת בסביבות כלור-עשיריות כי כלורוריד ions משבש את הסרטים הפסיביים שבדרך כלל להגן על משטחי מתכת. אלה נודדים דרך שכבות תחמוצות ב- lattice פגמים וגבולות דגנים, מה שגורם להתמוטטות סרט מקומי. ברגע שהשכבה הפסיבית נשברת, ⁇ הבסיסית עוברת פירוק מהיר בעוד השטח המסובב כקט הגדול, ויוצרת תאים מפוזרים מאוד, זה נראה עמוק.

ביופולינג מציג מימד נוסף של מורכבות.מיקרואורגניזמים כגון חיידקים מרתיעים מבולגרי משטח מתכת ומייצר מימן sulfide, אשר יכול להאיץ את קורוזיה.הפעילות המטבולית של ביופילם גם יוצר ⁇ כימי ב pH וריכוז חמצן, קידום תחת קורוזיה מיקרוביולוגית מושפע קורוזיון (MIC) עם romis סגסוגת טובה יותר של חומרים גמישים שלהם, בשל עמידות גבוהה יותר סגסוגת מגנטית של חומרים מגנטית גבוהה.

מכניזם של קורוזיה בסופרבולוי

פיטינג קורוזיון

פיטינג קורוזיה היא מנגנון ההתקפה המקומי הנפוץ ביותר בסופרבולוי חשופים למים ים.זה יוזם באתרים שבהם הסרט הפסיבי חלש ביותר, כגון הכללות לא-מטאליות, טרמפייד precipitates, או שריטות משטח. Chloride מצטברים באתרים אלה וליצור קומפלקסים מתכתיים מסובכים כי באופן zely, מורידים את ה- pH המקומי והופכים שבועות של מילימטרים במהירות.

Superalloys מבוסס ניקל כגון Inconel 625 ו Hastelloy C-276 להפגין התנגדות בולטת מעולה בשל התוכן שלהם גבוה כרום ו molybdenum. מספר ההתנגדות המתפתל שווה ערך (PREN), מחושב כ Cr + 3.3Mo + 16N, מספק ציון שימושי. Alloys עם ערכים מעל 40 להראות בדרך כלל התנגדות גבוהה יותר במים טבעיים, בעוד חומרים רגישים יותר.

קריקטור קורוזיה

קריקט קורוזיה מתרחשת בחללים מוגבלים שבו מים ים יכולים לדבק, כגון תחת כרטיסי גז, חותמות או כריות משטח. בתוך הקטור, חמצן הוא מתמוסס על ידי תגובות קטודיות, מה שגורם לפוטנציאל ליפול. צ'ורידיד נודד לתוך החסון כדי לשמור על ניטרליות, הידרוזה של מתכת מייצרת סביבה נמוכה-הפפטית, אגרסיבית זה יכול אפילו לגרום נזקי סגסוגת חמור.

גורמים המשפיעים על קורוזיה של קריקטורינג כוללים גיאומטריה, טמפרטורה, וסגסוגת הרכב. crevices חזק עם פערים בין 0.1 ו 1.0 μm הם האגרסיביים ביותר. Superalloys עם כריזום גבוה ותוכן molybdenum מתנגדים התקפה קריאון על ידי שמירה על חולשות בפתרון חומצי, chloride עשיר בתוך הקטורן מסוים של פלדה וסגסוגת ניקל נועדו במיוחד כדי למנוע סגסוגת מים.

קורוזיה Galvanic Corrosion

כאשר superalloys הם יחד עם מתכות פחות אציליות במי הים, קורוזיה גליאני יכול להתרחש.הסדרה גליאנית במי הים מדרג חומרים על ידי פוטנציאל קורוזיה שלהם. חומרים אציליים יותר כגון Hastelloy C-22 או Inconel 718 לפעול כמו קטודס, מאיץ את פירוק חדות כפול של מתכות חדות כמו פחמן או אלומיניום ⁇ תלוי היחס המהיר על פני השטח.

ניתן לנהל אפקטים גאוונביים באמצעות בחירה חומרית זהירה, בידוד חשמלי באמצעות כרטיסי גז לא מוליכים או ציפויים, ועיצוב להחלפה קלה של שרידים הקרביים.במקרים מסוימים, superalloys הם בכוונה יחד עם אבץ או אלומיניום מקרי מוות הקרבי כדי להגן על רכיבים אחרים במערכת.

מתח קורוזיה קרקר

סדקים קורטוזיים מתח (SCC) מייצגים את הצורה המסוכנות ביותר של קורוזיה כי זה קורה עם אובדן חומרים מינימלי לכאורה יכול להוביל לכישלון פתאומי, קטסטרופלי.SCC דורש שלושה תנאים במקביל: חומר רגיש, סביבה קורוזית, לחץ רביר.במים, כלור-סCC הוא דאגה עיקרית עבור superalloys, במיוחד בטמפרטורות גבוהות.

⁇ מבוסס ניקל בדרך כלל להציג התנגדות SCC טובה בהשוואה פלדות אל-חלד אוסטטי.אלוויס כגון Inconel 625 ו Monel K-500 נבחרים לעתים קרובות עבור רכיבים קריטיים כגון פירים מדחף, גזעים שסתום, ו- Fasteners בשירות ימי. עם זאת, SCC עדיין יכול להתרחש בתנאים חמורים, כגון במים חמים, מרוכזים או בנוכחות של מימןsulficsulfysulfic פעילות מיקרו-שחית.

התנהגות אוקסדציה ותצורת סולם הגנה

Oxidation הוא תהליך של השפלה עתירה גבוהה שיכול להתרחש גם בטמפרטורות בינוניות בסביבות ימיות, במיוחד ברכיבי מנוע ומערכות exhaust. היווצרות של קומפקטית מתמשכת, דבקה ואט-צמיחה בקנה מידה הוא חיוני להגנה על superalloys מפני התקפה נוספת. Chromium, אלומיניום, וסיליקון הם המרכיבים העיקריים בקנה מידה גדול המשמש בעיצוב סופר-סולי.

Chromia-Forming Alloys

רוב העלולים הימיים מסתמכים על היווצרות של תחמוצת כרום (Cr2O3) קנה מידה להגנה. Chromia הוא יציב יחסית בחמצן בסביבות כ-900 מעלות צלזיוס ומספק התנגדות מצוינת לחמצן נוסף. Inconel 625 ו- Hastelloy X הם דוגמאות של ⁇ מסגסוגת כרום.

Alloy הרכב ממלא תפקיד קריטי ביציבות של סולם chromia. Molybdenum ו tungsten תוספות לשפר את היקף הדבקות ולהפחית את שיעורי הצמיחה תחמוצת. תוספות קטנות של אלמנטים תגובתיים כמו ytrium או צוואריום עוד לשפר את היקף הדבקות על ידי מניעת היווצרות של רִיק בממשק תחמוצת-מטרה.

בסביבה הקרובה של Alumina-Forming Alloys

Alumina (Al2O3) קנה מידה גבוהה יותר הגנה על טמפרטורות גבוהות יותר, מעל 950 מעלות צלזיוס, והם עמידים יותר להתקפה chloride מאשר chromia. Alumina-forming Superalloys כגון Haynes 214 או פיזור חד-חמצני מסוים התחזק (ODS) ⁇ משמשים קובוסים וחתיכות מעבר.

בסביבות ימיות, קשקשים אלומיניום מועדפים ליישומים שבהם גזי הבעירה מכילים מלח או תרסיס ים.התנגדות הסולפת של ⁇ ייצור אלומיניום היא גם מעולה, מה שהופך אותם מתאימים לטורבינות גזי הים ולדור חשמל ימי.עם זאת, התרחבות תרמית פגום וצמצום הידוק נשאר אתגרים, הדורש סגסוגת זהירה הכנת פני השטח.

גורמים המשפיעים על אוקסידציה בסביבת הנחתים

הטמפרטורה מאיצה את חמצון לאחר מערכת יחסים של ארנזיוס, עם כל 100 מעלות צלזיוס עלייה בדרך כלל מכפילה את שיעור חמצון. באטמוספירה ימית, נוכחות של מלח הים (NaCl) יכול להגדיל באופן דרמטי את שיעורי חמצון באמצעות היווצרות של כרובד מתכת תנודתי וחורבן של קשקשים הגנה.

Alloy micro Structure משפיע גם על התנהגות חמצון.חומרים בעלי ערך עדין לעתים קרובות להציג צמיחה תחמוצת מהירה יותר בשל דיפוזיה מוגברת של גבול דגנים, אבל הם עשויים גם ליצור קשקשים יותר דבקים. עבודה קרה וחוספס פני השטח יכול להאיץ חמצון טרנסינט לפני שגודל הגנה הוקם.טיפולים טרום חמצון משמשים לעתים כדי ליצור שכבת תחמוצת יציבה לפני שהרכיב נכנס, שיפור עמידות לטווח ארוך.

משפחות סופרוליות מפתח וביצועים הימיים

Superalloys מבוסס ניקל

Superalloys מבוסס ניקל שולט יישומים ימיים בשל השילוב יוצא דופן של התנגדות קורוזיה, עמידות חמצון, וכוח מכני. Inconel 625, למשל, מכיל כ 21.5% כרום, 9% molybdenum, ו 3.5% niobium, מתן התנגדות מבורכת ושחיתות מעולה ב quiescentescentscentsom זורם זה משמש נרחב עבור צוללת, דחף גבוה יותר, אפילו Ctensnbnrnrnbnrnrnrnrnrnrnbnbnrnrnbn, 000 או 276, 000.

Hastelloy C-22 ו- Inconel 718 חשובים גם ליישומים ימיים. Hastelloy C-22 מציע התנגדות טובה לפיזור וללחץ סדקים בים כלור, מה שהופך אותו מתאים לכלי כור וחילופי חום. Inconel 718 מספק כוח גבוה עד 650 מעלות צלזיוס והתנגדות חמצון טובה, המשמש בדיסק טורבינות גז ימי ומהירות, עם זאת מימן יכול להיות זהיר כדי לשמש הגנה על מים רגישים.

Superalloys מבוסס על Cobalt

Superalloys מבוסס קובלט כגון Stellite 6 ו Haynes 188 ידועים ההתנגדות ללבוש מעולה שלהם חמצון התנהגות בטמפרטורות גבוהות. Stellite 6 משמש עבור הצפה קשה של מושבים שסתום ואת נושאות במנועי ימיים, שבו הן התנגדות קורוזיה והתנגדות abrasion נדרשים. Haynes 188 מציע התנגדות קורוזיה חמה עד 980C ו משמש קושחה עבור מטוסים ימיים ו נבראוברס.

⁇ קובלט בדרך כלל יש התנגדות קורוזיה נמוכה יותר מאשר ⁇ ניקל בסביבות chloride בשל התוכן הכרונומי התחתון שלהם. היתרונות העיקריים שלהם הם כוח עתירי גבוה והתנגדות לסולפת וחמצן באטמוספירה של בעירה.תוספת של ניקל ו chromium שיפרו את ההתנגדות קורוזיה של ⁇ המודרנית, אבל הם נשארים משניים עבור רכיבים מסגסוגת ימית.

Superalloys

Superalloys מבוסס ברזל, הידוע גם בשם superalloy פלדהs, כוללים ציונים כגון A-286 ו- Alloy 20. ⁇ אלה מציעים עלות נמוכה יותר מאשר ⁇ ניקל או cobalt תוך מתן התנגדות קורוזיה שימושית לסביבה ימית. A-286 הוא סגסוגת רווית משקעים בשימוש עבור ממריצים ורכיבים במערכות ימיות.

Alloy 20 מכיל ניקל גבוה (34%), כרום (20%), ו molybdenum, נותן לו לשפשף התנגדות דומה לכמה ⁇ ניקל בעלות נמוכה יותר.זה משמש עבור החלפת חום ימית, פירים משאבה, והתאמה.עלים מבוססי ברזל אינם מתאימים יישומים ימיים התובעניים ביותר, אך מספקים אלטרנטיבה כלכלית עבור רכיבים פחות קריטיים.

אסטרטגיות ל-Enhancing Resistance

עיצוב Alloy ו Tuning

עיצוב סופר-על מודרני מתמקדת בקידוד הרכב כדי לשפר את יציבות הסרט הפסיבי.הגדלת התוכן כרום משפר את ההתנגדות, אבל כרום מוגזם יכול לקדם את היווצרות של שלב sigma. Molybdenum תוספות יעילות במיוחד לייצוב הסרט הפסיבי בצמצום וסביבות המכילות כלוריד.

מיקרווויינג עם חנקן (0.1-0.3%) התפתחה כאסטרטגיה יעילה לשיפור ההתנגדות על ידי ייצוב הסרט הפסיבי. Nitrogen מעביר את הפוטנציאל המתפתל לערכים גבוהים יותר ומקדם החלמה.ב ⁇ המבוססת ניקל, חנקן יכול להחליף חלקית עבור molybdenum, צמצום עלות ⁇ תוך שמירה על תפקודם של tungtenstens in שיפור קורוזיות מקומיות הוא גם מופץ מחדש.

טיפול פנים ו-Cotings

ציפויים מוגנים מספקים מחסום בין משטח העל-על-ידי לבין הסביבה הקורטוזית.הציפוי תרסיסים הארוכים, כגון oxy-דלק (HVOF) ריסס את chromium carbide או tungsten carbide cermets, לספק עמידות לבישה יוצאת דופן ושחיתות עבור ממריצים, רכיבים, ומניעים אלה מוחלים בטמפרטורות נמוכות מספיק.

(FLT:0) ציפוי הציפוי של פיזור:1, כגון אלומיניום ו chromizing, ליצור שכבת פני השטח מועשר אלומיניום או כרום. ציפוי אלומיניום diffusions מהווים סולם אלומיניום מוגן תחת תנאים עתירי זמן גבוהים, בעוד chromizing משפר קורוזיה והתנגדות חמצון בטמפרטורות בינוניות.

טיפול ב- Passivation באמצעות חומצה חנקית או פתרונות חומצה סוציאלית להסיר את contaminants משטח ולקדם היווצרות של סרט אחיד, יציב פסיבי. אלקטרופולשינג יוצר משטח חלק, נקי כי הוא פחות רגיש לבורחת .Fooing יכול להציג מתחים דחוסים כי שיפור corrosion סדק התנגדות.

בקרת הסביבה

הנדסה הסביבה המקומית יכולה להפחית את שערי קורוזיה מבלי לשנות את העלול עצמו. Deaeration של מי הים על ידי חנקן או ואקום degassing להפחית את הריכוז מגיב, להאט קורוזיה. השימוש מעכבי קורוזיה כגון chromates, פוספטים, או תרכובות ייצור אורגני יכול להיות יעיל, אם כי השימוש בתקנות סביבתיות של שימוש בכימיקלים מסוימים.

הגנה קטוודית, או מתרשמת את השרידים הנוכחיים או הקרביים, משמשת באופן נרחב למבנים בחו"ל ולכלי ימיים גדולים.כאשר הם מיושמים כראוי, הגנה קטוודית מעבירה את הפוטנציאל לאזור החיסוני או פסיבי לחלוטין, תוך חיסול קורוזיה מקומית.

שינויים בעיצוב למזער את הסדקים, להבטיח ניקוז תקין, ולהימנע מאזורים סטרגנטיים הם בין האסטרטגיות היעילות ביותר. Flushing עם מים טריים ניקוי קבוע כדי להסיר biofilms ופקדונות גם להפחית באופן משמעותי את שערי קורוזיה. השימוש של FLT:0AS G48cioFLT:1 קריטי בדיקת טמפרטורה פיזור מסייע להעריך סגסוגת וציפוי לתנאי שירות ספציפיים.

שיטות בדיקה ואפיון

הערכת התנהגות הקורטוזיה והחמצן של superalloys דורשת מגוון של בדיקות סטנדרטיות ומומחיות. שיטות אלקטרוכימיות כגון קוטב חזקיקוליום, אלקטרוכימיטציה ספקטרום (EIS), וקטביקציה מחזורית משמשים לאפיין פיזור של רגישות, יציבות סרט פסיבי, ושיעורי קורוזיה במי הים המדומים.

בדיקת חשיפה במים טבעיים תחת תנאים מבוקרים חיונית לאימות תוצאות מעבדה. Static ⁇ , לולאות מים זורמים וחשיפה לאזור tidal לדמות תנאים שירות ימיים שונים. אובדן משקל קופון, מדידה עומק וניתוח פני השטח באמצעות סריקת מיקרוסקופיה אלקטרונים (SEM), אנרגיה-dispersive X-ray-ray-spectroscopy (EDS), ו X-ray photoron spectrocopyscopyscopyscopys (X-S) מנגנונים מגנים ו-PS (S) חושפים מנגנונים הגנה.

עבור בדיקות חמצון, ניתוח thermogravimetric (TGA) מודד עלייה במשקל כתפקוד של זמן וטמפרטורה תחת אטמוספירה מבוקרת. Cyclic oxidation בדיקות הערכה בקנה מידה תחת תנאי רכיבה תרמיים.FLT:0NACE TM01690169016901FLT:1 מספק נהלים סטנדרטיים לבדיקת קורוזיה בסביבות ימיות, כולל הדרכה על פני דגימות, תנאי חשיפה, וקריטריונים הערכה.

כיוונים עתידיים ו-Euroing Alloys

High-Entropy Alloys (HEAS)

⁇ גבוהה-entropy מייצגת מעמד חדש של חומרים שמאתגרים עיצוב סגסוגת קונבנציונלי. אלמנטים רבים בפרופורציות כמעט-equimolar לייצר מיקרו-מבנה ייחודי עם התנגדות קורוזיה מבטיחה.חלק מהההה המכיל Cr, Ni, Co, Fe, ו- Mn הראו פיזור התנגדות דומה או יותר מאשר כמה superalloys בפתרונות chloride.

מחקרים מוקדמים מצביעים על כך שהוא יכול ליצור סרטים פגומים אך יציבים מאוד במים ים, ועיוות הצמיגים הגבוהים שלהם מאט את דיפוזיה, שיפור עמידות חמצון בזמן גבוה.עם זאת, עלות חומרי גלם אתגרים ייצור יש לטפל לפני אימוץ נרחב ביישומים ימיים.על עבודה מתמשכת מתמקדת בהפחתת עלויות תוך שמירה על ביצועים.

ייצור תוספתי ו-Foled Microstructures

ייצור אדרטיבי (AM) מאפשר ייצור של מרכיבים סופרוליים מורכבים שאינם אפשריים על ידי שיטות קונבנציונליות. עבור יישומים ימיים, AM מאפשר שילוב של תכונות עמידות קורוזיות כגון קטעים פנימיים חלק, יצירות כיתה, ומבנים דגנים דקים שמשפרים את ההתנגדות.עם זאת, קצב ההחזקה המהיר ב AM יכול להוביל למיקרו-regation ו porosity decorrosity ביצועים מקובעיתים כראוי אם לא נשלט כראוי.

טיפול חום עיבוד פוסט ומדיק חום הואוסטטי (HIP) משמשים כדי לההוגן המיקרו-מבנה ולהסיר פגמים. Alloys כגון Inconel 718 ו- Hastelloy X הודפס בהצלחה עבור רכיבים ימיים אבטיפוס, כולל מחליפי חום ו-outellers.היכולת להפקיד את הדבקות הקורטוזית על תת-קרקעית פחות יקר הוא יתרון נוסף של עלויות AM עבור יישומים ימיים רגישים.

חידושים

ציפויים מתקדמים מפותחים להרחיב את ביצועי העל-הכלוי בתנאים ימיים קיצוניים. Multilayer וציפוי ממושמעים פונקציונליים FLT:1 לספק מעבר הדרגתי בהרכב, צמצום ההתפשטות התרמית השגויה ושיפור הציפוי ההיברידיים המשלבים קרמיקה ושכבות מתכת מציעים גם קשיחות ושחיתות עבור מערכות הנעה ימית.

ציפויים חכמים שיכולים להעצים את עצמם או לשחרר מעכבי קורוזיה בתגובה לשינויים ב- pH נמצאים בפיתוח.ציפויים אלה יכולים להרחיב את מרווחי תחזוקה עבור ציוד ימי קריטי.עם זאת, יציבות ארוכת טווח והתאמה עם תת-קרקעיים קיימים יש לאמת לפני פריסה.

מסקנה

התנהגות ההשחה והחמצן של superalloys בסביבות ימיות נשלטת על ידי אינטראקציות מורכבות בין הרכב החומרי, כימיה סביבתית, ותנאי תפעול. superalloys מבוסס ניקל כגון Inconel 625 ו- Hastelloy C-276 ממשיכים להיות תקן הזהב עבור רכיבים הדורשים עמידות גבוהה לפיזור, קריקטורציה, וסטרס קורוזיציה בלחץ פצח במים ים והיקף חיוני של סגסוגת הגנה ימית.

ההתקדמות בעיצוב ⁇ , כולל microalloying עם חנקן, אופטימיזציה של PREN, ופיתוח של יצירות ייצור אלומיניום, לדחוף את הגבולות של קורוזיה והתנגדות חמצון. טכנולוגיות מתפתחות כגון ⁇ רופיה גבוהה ותוספים ייצור מציעים מסלולים לשיפורים נוספים.טיפולי משטח זהירות, ציפויים, בקרה סביבתית, והגנה קטודית נשארים כלי הנדסי חיוני להשגת אמינות הדרושים כדי להשיג את השירות הנדרש.

בעוד תשתיות ימיות מתרחבות למים עמוקים יותר ואקלים קיצוני יותר, הביקוש לסופרווי עם קורוזיה גבוהה יותר והתנגדות חמצון תמשיך לצמוח.הבנת המנגנונים הבסיסיים של התקפה והערכה של סגסוגת מועמדים באמצעות בדיקות קפדניות מבטיח כי חומרים יכולים לעמוד באתגרים אלה.המשך מחקר ופיתוח בסגסוגת, עיבוד, והנדסה פני השטח יספקו את הדור הבא של superalloysientreys עבור הסביבה הימית.