Сплав на основе никеля, таинственный металлический материал с никелем в качестве матрицы и добавленных элементов, таких как хром, молибден и кобальт, играет жизненно важную роль в процессе человеческой промышленной цивилизации. От горячего пламени сопла двигателя Boeing 787 до экстремального давления глубоководных буровых платформ, от сложных трубопроводов парогенераторов атомных электростанций до высокоточных медицинских устройств, имплантированных в человеческое тело. сплавы на основе никеля тихо поддерживают работу современной промышленной системы с их уникальной комбинацией характеристик. Этот специальный материал, который родился в начале 20-го века, стал важным критерием для измерения высококачественных производственных возможностей страны после столетия технологической эволюции.
1. Стратегическая точка опоры промышленной системы
В области авиационных двигателей прорыв высокотемпературных сплавов на основе никеля непосредственно способствовал революционному прогрессу в истории человеческой авиации. Лопасти двигателя GE9X, разработанные General Electric, используют монокристаллический сплав на основе никеля третьего поколения, который все еще может сохранять структурную целостность в условиях высокой температуры 1700 ℃, благодаря чему соотношение тяги к весу двигателя преодолевает отметку 10:1. Эта инновация материала увеличила топливную эффективность гражданских авиалайнеров на 20%, а один двигатель сократил выбросы углекислого газа примерно на 3000 тонн в год.
В области энергетического оборудования Хастеллой создал чудеса в разработке месторождений высоконапорного кислого газа на нефтяном месторождении Северного моря. Этот молибден-содержащий сплав на основе никеля имеет срок службы более чем в 50 раз больше, чем у традиционной нержавеющей стали в экстремальных условиях с концентрацией сероводорода 15% и давлением более 100 МПа. В области атомной энергетики теплопередающая трубка парогенератора из сплава INCONEL 690 успешно продлила проектный срок службы атомных электростанций с 40 до 60 лет, а также увеличила доступность миллионно-киловаттных атомных энергоблоков до 92%.
При производстве химического оборудования годовая скорость коррозии реактора сплава Monel 400 в концентрированной серной кислотной среде составляет всего 0,02 мм, что в 50 раз выше, чем у обычной нержавеющей стали. Эта особенность расширила цикл непрерывной работы блока ПТА (очищенной терефталевой кислоты) от 3 месяцев до 2 лет, и ежегодные расходы на техническое обслуживание одиночного комплекта оборудования были сохранены больше чем 20 миллионов юаней.
2. Научно-технический кодекс для достижения результатов
Секрет высокой термостойкости сплавов на основе никеля заключается в их уникальной γ 'упрочняющей фазовой структуре. Благодаря точному контролю содержания таких элементов, как алюминий и титан, образуется наноразмерная упорядоченная фаза Ni3Al, которая позволяет материалу поддерживать прочность более 600 МПа при 800 ° C. Эта стабильность фазы происходит от точного контроля количества электронных вакансий. Благодаря проектированию элементов на квантовом уровне ученые успешно увеличили температуру растворения γ'-фазы до 1200 ° C.
Прорыв в коррозионной стойкости связан с открытием самовосстанавливающейся пассивационной пленки. На поверхности сплава с содержанием хрома 20% будет образована плотная оксидная пленка Cr2O3 толщиной 2 нм. Когда происходит галогеновая ионная коррозия, молибденовый элемент будет мигрировать в поврежденную область, образуя защитный слой MoO2. Этот динамический ремонтный механизм снижает скорость коррозии материала в кипящей соляной кислоте до менее 0,1 мм/год.
