1. Phản ứng của hợp kim Monel với oxy ở nhiệt độ cao
Niken phản ứng tốt nhất với oxy để tạo thànhNiO(niken oxit), một lớp oxit dày đặc ban đầu hoạt động như một rào cản làm chậm quá trình oxy hóa hơn nữa.
Khi nhiệt độ vượt quá600 độ, các nguyên tử đồng khuếch tán ra ngoài qua lớp NiO và oxy hóa tạo thànhCu₂O(ôxit dạng cốc) vàCuO(đồng oxit). Các oxit đồng này ít đậm đặc hơn NiO và có độ bám dính yếu với nền hợp kim.
Các nguyên tố vi lượng như sắt và mangan trong hợp kim cũng bị oxy hóa tạo thành Fe₂O₃ và MnO, được phân bố trong lớp oxit.
Suy thoái khả năng chống ăn mòn: The mixed oxide layer (NiO-Cu₂O-CuO) becomes porous and prone to cracking at high temperatures (>600 độ). Điều này cho phép oxy xâm nhập vào ma trận hợp kim, gây ra quá trình oxy hóa bên trong và làm giảm khả năng chống chịu của hợp kim với các môi trường ăn mòn khác (ví dụ: nước biển, axit) trong quá trình sử dụng tiếp theo.
Giảm tính chất cơ học: Quá trình oxy hóa gây ra sự hao hụt vật liệu trên bề mặt hợp kim và tạo ra sự tập trung ứng suất ở bề mặt hợp kim oxit. Điều này dẫn đến giảm độ bền kéo và độ dẻo của hợp kim Monel. Khi chịu tải nhiệt độ cao-theo chu kỳ, lớp oxit bong ra liên tục, làm tăng tốc độ hư hỏng do mỏi.
Tính không ổn định về chiều: Sự giãn nở thể tích xảy ra trong quá trình hình thành oxit, dẫn đến độ nhám bề mặt và sai lệch kích thước của các thành phần hợp kim, gây bất lợi cho các ứng dụng kỹ thuật chính xác.
2. Phản ứng của hợp kim Monel với lưu huỳnh ở nhiệt độ cao
Niken phản ứng với lưu huỳnh tạo thànhNiS(niken sunfua) và các dẫn xuất của nó (Ni₃S₂). Các sunfua này có điểm nóng chảy thấp (NiS nóng chảy ở 797 độ) và khi nhiệt độ vượt quá 600 độ, chúng tạo thành pha lỏng xuyên qua ranh giới hạt hợp kim.
Đồng trong hợp kim phản ứng với lưu huỳnh tạo thànhCu₂S(đồng sunfua), cũng thể hiện đặc tính xuyên qua ranh giới hạt.
Phản ứng của lưu huỳnh với hợp kim không tạo thành lớp bảo vệ; thay vào đó, nó liên tục ăn mòn chất nền thông qua sự khuếch tán ranh giới hạt.
Sự giòn ranh giới hạt: NiS và Cu₂S lỏng xuyên qua ranh giới hạt, làm suy yếu lực liên kết giữa các hạt. Điều này làm cho hợp kim có độ giòn đáng kể ở nhiệt độ cao, dẫn đếngãy xương giữa các hạtngay cả khi bị căng thẳng thấp.
Sức mạnh tổng hợp ăn mòn tăng tốc: Các sản phẩm sunfua hóa phá hủy tính toàn vẹn của lớp oxit. Trong môi trường chứa cả oxy và lưu huỳnh, hợp kim trải qua quá trình oxy hóa và sunfua hóa đồng thời, tạo thành hỗn hợp lỏng lẻo gồm oxit và sunfua. Điều này dẫn đến mộttốc độ ăn mòn cao hơn 5–10 lầnhơn là trong một môi trường oxy hóa hoặc sunfua hóa đơn lẻ.
Mất khả năng chống chịu nhiệt độ cao-: Creep là dạng hư hỏng chính của hợp kim Monel trong các ứng dụng chịu tải-nhiệt độ-cao. Sự phá hủy ranh giới hạt do quá trình sunfua hóa- gây ra làm giảm khả năng chống rão của hợp kim, rút ngắn tuổi thọ sử dụng ở nhiệt độ cao.
3. Ý nghĩa kỹ thuật thực tế
Áp dụng các lớp phủ chống-oxy hóa và chống{1}}sulfua hóa (ví dụ: lớp phủ khuếch tán nhôm, lớp phủ gốm).
Kiểm soát không khí xung quanh để giảm hàm lượng oxy và lưu huỳnh.
Chọn các loại Monel đã được sửa đổi (ví dụ: Monel K-500 có thêm nhôm và titan để tăng cường lượng mưa) để cải thiện độ ổn định ở nhiệt độ cao.
