1. Αντίδραση κραμάτων Monel με οξυγόνο σε υψηλές θερμοκρασίες
Το νικέλιο αντιδρά κατά προτίμηση με το οξυγόνο για να σχηματιστείNiO(οξείδιο του νικελίου), ένα πυκνό στρώμα οξειδίου που αρχικά λειτουργεί ως φράγμα για να επιβραδύνει την περαιτέρω οξείδωση.
Όταν η θερμοκρασία ξεπεράσει600 μοίρες, τα άτομα χαλκού διαχέονται προς τα έξω μέσω του στρώματος NiO και οξειδώνονται για να σχηματιστούνCu2O(οξείδιο του χαλκού) καιCuO(οξείδιο του χαλκού). Αυτά τα οξείδια του χαλκού είναι λιγότερο πυκνά από το NiO και έχουν ασθενή πρόσφυση στη μήτρα του κράματος.
Ιχνοστοιχεία όπως ο σίδηρος και το μαγγάνιο στο κράμα οξειδώνονται επίσης για να σχηματίσουν Fe2O3 και MnO, τα οποία κατανέμονται στο στρώμα του οξειδίου.
Υποβάθμιση της αντοχής στη διάβρωση: The mixed oxide layer (NiO-Cu₂O-CuO) becomes porous and prone to cracking at high temperatures (>600 μοίρες). Αυτό επιτρέπει στο οξυγόνο να διεισδύσει στη μήτρα του κράματος, προκαλώντας εσωτερική οξείδωση και μειώνοντας την αντίσταση του κράματος σε άλλα διαβρωτικά μέσα (π.χ. θαλασσινό νερό, οξέα) κατά την επακόλουθη συντήρηση.
Μείωση Μηχανικών Ιδιοτήτων: Η οξείδωση προκαλεί απώλεια υλικού στην επιφάνεια του κράματος και δημιουργεί συγκέντρωση τάσεων στη διεπαφή του κράματος οξειδίου-. Αυτό οδηγεί σε μείωση της αντοχής σε εφελκυσμό και της ολκιμότητας του κράματος Monel. Όταν υποβάλλεται σε κυκλική φόρτιση υψηλής- θερμοκρασίας, το στρώμα οξειδίου αποκολλάται επανειλημμένα, επιταχύνοντας την αστοχία κόπωσης.
Αστάθεια διαστάσεων: Η ογκομετρική διαστολή λαμβάνει χώρα κατά τον σχηματισμό οξειδίων, με αποτέλεσμα την τραχύτητα της επιφάνειας και τις αποκλίσεις διαστάσεων των εξαρτημάτων του κράματος, οι οποίες είναι επιζήμιες για τις εφαρμογές μηχανικής ακριβείας.
2. Αντίδραση κραμάτων Monel με θείο σε υψηλές θερμοκρασίες
Το νικέλιο αντιδρά με το θείο για να σχηματιστείNiS(θειούχο νικέλιο) και τα παράγωγά του (Ni3S2). Αυτά τα σουλφίδια έχουν χαμηλά σημεία τήξης (το NiS λιώνει στους 797 βαθμούς), και όταν η θερμοκρασία ξεπεράσει τους 600 βαθμούς, σχηματίζουν μια υγρή φάση που διεισδύει κατά μήκος των ορίων των κόκκων του κράματος.
Ο χαλκός στο κράμα αντιδρά με το θείο για να σχηματιστείCu2S(θειούχος χαλκός), το οποίο παρουσιάζει επίσης χαρακτηριστικά διείσδυσης στα όρια των κόκκων.
Η αντίδραση του θείου με το κράμα δεν σχηματίζει προστατευτικό στρώμα. Αντίθετα, διαβρώνει συνεχώς τη μήτρα μέσω της διάχυσης των ορίων των κόκκων.
Ευθραυστότητα ορίων κόκκων: Το υγρό NiS και το Cu2S διεισδύουν στα όρια των κόκκων, εξασθενώντας τη δύναμη σύνδεσης μεταξύ των κόκκων. Αυτό αναγκάζει το κράμα να παρουσιάζει σημαντική ευθραυστότητα σε υψηλές θερμοκρασίες, οδηγώντας σεδιακοκκώδες κάταγμαακόμη και υπό χαμηλό στρες.
Επιταχυνόμενη συνέργεια διάβρωσης: Τα προϊόντα σουλφίδωσης καταστρέφουν την ακεραιότητα του στρώματος οξειδίου. Σε περιβάλλοντα που περιέχουν τόσο οξυγόνο όσο και θείο, το κράμα υφίσταται ταυτόχρονη οξείδωση και σουλφίωση, σχηματίζοντας ένα χαλαρό μείγμα οξειδίων και σουλφιδίων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα αρυθμός διάβρωσης 5-10 φορές υψηλότεροςπαρά σε ένα μόνο οξειδωτικό ή θειούχο περιβάλλον.
Απώλεια υψηλής-αντοχής σε ερπυσμό σε θερμοκρασία: Ο ερπυσμός είναι ένας βασικός τρόπος αποτυχίας των κραμάτων Monel σε εφαρμογές που φέρουν υψηλές-φορτώσεις θερμοκρασίας-. Η ζημιά στα όρια των κόκκων που προκαλείται από τη θείωση-μειώνει την αντίσταση ερπυσμού του κράματος, μειώνοντας τη διάρκεια ζωής του σε υψηλές θερμοκρασίες.
3. Πρακτικές Επιπτώσεις Μηχανικής
Εφαρμογή αντι-αντι-οξειδωτικών και αντιθειούχων επικαλύψεων (π.χ. επιστρώσεις διάχυσης αλουμινίου, κεραμικές επικαλύψεις).
Έλεγχος της ατμόσφαιρας του περιβάλλοντος για μείωση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο και θείο.
Επιλογή τροποποιημένων κατηγοριών Monel (π.χ. Monel K-500 με πρόσθετο αλουμίνιο και τιτάνιο για ενίσχυση της βροχόπτωσης) για τη βελτίωση της σταθερότητας σε υψηλές θερμοκρασίες.
