نایمونیک
نایمونیک یک علامت تجاری ثبت شده از شرکت متال‌های خاص است که به خانواده‌ای از سوپرآلیاژهای پایه نیکلی با دماهای بالا و خزش پایین اشاره دارد. آلیاژهای نایمونیک معمولاً شامل بیش از ۵۰٪ نیکل و ۲۰٪ کروم هستند و با افزودنی‌هایی مانند تیتانیم و آلومینیم ترکیب می‌شوند.
استفاده اصلی این آلیاژها در قطعات توربین‌های گازی و موتورهای احتراق داخلی با عملکرد بسیار بالا است. خانواده آلیاژهای نایمونیک نخستین بار در دهه ۱۹۴۰ توسط تیم‌های تحقیقاتی در کارخانه ویگین در شهر هرفورد انگلستان، به منظور توسعه موتور جت ویتل طراحی و توسعه یافت.[۱][۲]
توسعه
[ویرایش]خانواده آلیاژهای نایمونیک نخستین بار در دهه 1940 توسط تیم‌های تحقیقاتی در کارخانه ویگین در شهر هرفورد انگلستان، به منظور توسعه موتور جت ویتل طراحی و توسعه یافت. لئونارد بسمر پیفیل در کارخانه وینگین اینکو در بیرمنگام بریتانیا، به توسعه آلیاژ نایمونیک 80 در سال 1941 پرداخت که در موتور جت W.2B استفاده شد. چهار سال بعد، آلیاژ نایمونیک 80A معرفی شد که امروزه به طور گسترده‌ای در سوپاپ‌های موتور استفاده می‌شود. به تدریج، آلیاژهای قوی‌تری توسعه داده شدند: نایمونیک آلیاژ 90 در سال 1945، نایمونیک آلیاژ 100 در سال 1955، آلیاژهای نایمونیک 105 در سال 1960 و نایمونیک 115 در سال 1964 که به رهبری پروفسور جان گیتوس (مهندس برجسته و دکترای فناوری در سال 1986) توسعه داده شد.[۳]
نایمونیک 75 توسط اتحادیه اروپا به عنوان یک ماده مرجع استاندارد برای خزش (creep) گواهی شده است. این استانداردها و مستندات از اهمیت بالایی برخوردارند و به ارزیابی و تست خواص نایمونیک کمک می‌کنند.[۴]
روش‌های تولید
[ویرایش]روش‌های تولید نایمونیک شامل چندین فرآیند کلیدی است که به ایجاد این سوپرآلیاژ با خواص مکانیکی و حرارتی بالا کمک می‌کند. یکی از متداول‌ترین روش‌ها، ریخته‌گری است که شامل ذوب مواد اولیه مانند نیکل و کروم در کوره‌های با دمای بالا و ریختن آنها در قالب‌های مخصوص برای ایجاد شکل نهایی است. علاوه بر این، متالورژی پودر به عنوان یک روش پیشرفته دیگر، با تولید پودرهای نایمونیک و سپس فشرده‌سازی و سینتر کردن آنها، خواص مطلوبی را به ارمغان می‌آورد. روش‌های دما بالا، از جمله تکنیک‌های همزن و پردازش حرارتی، نیز به بهبود توزیع عناصر آلیاژی و خواص مکانیکی کمک می‌کنند. جوشکاری با استفاده از تکنیک‌های خاصی نظیر جوشکاری قوس الکتریکی و جوشکاری لیزری، برای تعمیر و ساخت اجزای نایمونیک به کار می‌روند. روش ریخته‌گری دقیق نیز با استفاده از مدل‌های موم یا پلاستیکی و پوشش‌دهی آنها در مواد مقاوم، امکان تولید قطعات دقیق از نایمونیک را فراهم می‌آورد. هر یک از این روش‌ها مزایا و کاربردهای خاص خود را دارد و انتخاب مناسب‌ترین روش بستگی به نیازهای صنعتی و خواص مورد نظر این آلیاژ دارد.
کاربردهای صنعتی و موارد استفاده
[ویرایش]ترکیب شیمیایی نایمونیک به‌گونه‌ای طراحی شده که خواص مکانیکی برجسته‌ای را به آن می‌دهد. نیکل و کروم، در کنار تیتانیم و آلومینیم، به آلیاژهای نایمونیک اجازه می‌دهند تا مقاومت بالایی در برابر خزش و دماهای بسیار بالا داشته باشند. این خواص آنها را برای استفاده در شرایط سخت ایده‌آل می‌کند.
نایمونیک به‌طور ویژه برای استفاده در قطعات هواپیما و اجزای توربین گازی، مانند تیغه‌های توربین و نازل‌های خروجی در موتورهای جت ایده‌آل است، جایی که فشار و گرما بسیار زیاد است. علاوه بر این، برخی از کاربردهای دیگر نایمونیک در صنایع پتروشیمی، انرژی (توربین‌های بادی) و تجهیزات پزشکی (پروتزهای مصنوعی) است.[۵]
آلیاژهای مختلف نایمونیک به شرح زیر استفاده می‌شوند:
نایمونیک 80A: برای تیغه‌های توربین در موتورهای رولز-رویس نن و د هویلند گاوست.
نایمونیک 90: برای بریستول پروتوس.
نایمونیک 105: برای موتورهای گاز توربینی رولز-رویس اسپی.
نایمونیک 263: در محفظه‌های احتراق موتور رولز-رویس/سنکما الیمپوس ۵۹۳ که بر روی هواپیمای فوق صوت کنکورد استفاده می‌شود.
نایمونیک 80A: در سوپاپ‌های خروجی اکثر خودروهای ساب با توربوهای با قدرت بالا.[۶]
توسعه و تولید نایمونیک با چالش‌هایی روبرو است، از جمله هزینه‌های تولید و رقابت با مواد جدید. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که تحقیقات بر روی بهبود خواص نایمونیک و کاهش هزینه‌های تولید در آینده ادامه خواهد یافت و تحقیقات اخیر بر روی افزودن نانوذرات به ساختار نایمونیک برای بهبود خواص مکانیکی و حرارتی این آلیاژ متمرکز شده است.
تحلیل بازار جهانی نشان می‌دهد که تقاضا برای نایمونیک در صنایع مختلف رو به افزایش است و روندهای جدید در بازار نشان‌دهنده اهمیت بیشتر این آلیاژ در آینده خواهد بود.
مقایسه با دیگر آلیاژها
[ویرایش]نایمونیک، به عنوان یک سوپرآلیاژ پایه نیکل، در مقایسه با آلیاژهای پایه کبالت و آهن دارای مزایای برجسته‌ای است که آن را برای کاربردهای خاص ایده‌آل می‌سازد. آلیاژهای پایه کبالت، مانند "مریل" و "هیدرومار"، در دماهای بالا و شرایط سخت استحکام و مقاومت به اکسیداسیون خوبی ارائه می‌دهند، اما نایمونیک‌ها معمولاً در دماهای بالاتر و تحت فشارهای شدیدتر عملکرد بهتری دارند. از سوی دیگر، آلیاژهای پایه آهن مانند "311" و "347" ممکن است هزینه کمتری داشته باشند اما در مقایسه با نایمونیک‌ها از نظر مقاومت به خزش و خوردگی عملکرد ضعیف‌تری دارند. نایمونیک‌ها همچنین به دلیل مقاومت بالای خود در برابر خوردگی و طول عمر بیشتر، در عرصه‌های تکنولوژیک خاص، از جمله موتورهای جت و توربین‌های گازی، مزیت قابل توجهی را ارائه می‌دهند.[۷] اگرچه هزینه تولید نایمونیک‌ها بالاتر است، اما مزایای عملکردی آنها و صرفه‌جویی در هزینه‌های تعمیر و نگهداری در بلندمدت، این موضوع را توجیح می‌کند.
نگرانی‌های زیست‌محیطی و بازیافت
[ویرایش]نگرانی‌های زیست‌محیطی مرتبط با نایمونیک شامل چندین جنبه مهم است. در ابتدا، استخراج مواد اولیه نظیر نیکل و کروم برای تولید نایمونیک ممکن است به تخریب محیط زیست، آلودگی خاک و آب و از بین رفتن زیستگاه‌های طبیعی منجر شود. همچنین فرآیندهای تولید این آلیاژ، ممکن است منجر به انتشار گازهای گلخانه‌ای مانند CO2 و دیگر آلاینده‌ها به جو شود که تأثیرات منفی بر تغییرات اقلیمی و کیفیت هوا دارد. در این میان، مدیریت زباله‌های صنعتی و خطرناک ناشی از تولید نایمونیک نیز از اهمیت بالایی برخوردار است.
از سوی دیگر، نایمونیک به دلیل ماهیت خود قابلیت بازیافت بالایی دارد. این آلیاژ می‌تواند با فرآیندهای بازیافت نظیر ذوب مجدد و تصفیه، به چرخه تولید بازگردانده شود که نه تنها هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد، بلکه به صرفه‌جویی در منابع اولیه کمک می‌کند. با توجه به اینکه در حال حاضر توجه به پایداری و مسئولیت‌پذیری اجتماعی افزایش یافته، شرکت‌ها می‌توانند با تمرکز بر روی فرآیندهای بازیافت و مدیریت مواد زباله، بازخورد مثبتی از مشتریان و جامعه دریافت کنند. تحقیقات در زمینه بهینه‌سازی و توسعه روش‌های جدید بازیافت نیز می‌تواند به کاهش اثرات زیان‌بار تولید نایمونیک کمک کند و استفاده بهینه از منابع طبیعی را تضمین نماید.
جستارهای وابسته
[ویرایش]منابع
[ویرایش]- ↑ "Internet Archive Wayback Machine". Choice Reviews Online. 48 (11): 48–6007-48-6007. 2011-07-01. doi:10.5860/choice.48-6007. ISSN 0009-4978.
{{cite journal}}: Cite uses generic title (help) - ↑ Sadananda, K.; Shahinian, P. (1982-01). "High-temperature crack-growth behaviour in Nimonic PE16 and Alloy 718". Metals Technology. 9 (1): 18–25. doi:10.1179/030716982803286061. ISSN 0307-1693.
{{cite journal}}: Check date values in:|date=(help) - ↑ Patel, Shailesh J. (2006). "A century of discoveries, inventors, and new nickel alloys". JOM. 58 (9): 18–20. Bibcode:2006JOM....58i..18P. doi:10.1007/s11837-006-0076-y.
- ↑ Gould, D.; Loveday, M. S. (1990). "The certification of nimonic 75 alloy as a standard creep reference material" (PDF). Commission of the European Communities. Archived from the original (PDF) on 2016-03-04. Retrieved 2015-10-06.
- ↑ "Metal Tidbits: Nimonic." Archived 2013-02-17 at the Wayback Machine steelforge.com. Retrieved: 5 March 2011.
- ↑ "Products." Archived 2012-12-08 at archive.today Special Metals. Retrieved: 5 March 2011.
- ↑ Ray T. Bohacz (November 2006). "Under Pressure The 1963 Corvair Turbocharged Engine". hemmings.com. Retrieved 29 May 2017.