1. Reaksjon av Monel-legeringer med oksygen ved høye temperaturer
Nikkel reagerer fortrinnsvis med oksygen for å dannesNiO(nikkeloksid), et tett oksidlag som i utgangspunktet fungerer som en barriere for å bremse ytterligere oksidasjon.
Når temperaturen overstiger600 grader, kobberatomer diffunderer utover gjennom NiO-laget og oksiderer til dannelseCu₂O(kopperoksyd) ogCuO(kuprioksid). Disse kobberoksidene er mindre tette enn NiO og har svak adhesjon til legeringsmatrisen.
Sporelementer som jern og mangan i legeringen oksiderer også og danner Fe₂O₃ og MnO, som er fordelt i oksidlaget.
Nedbrytning av korrosjonsbestandighet: The mixed oxide layer (NiO-Cu₂O-CuO) becomes porous and prone to cracking at high temperatures (>600 grader). Dette tillater oksygen å trenge inn i legeringsmatrisen, utløser intern oksidasjon og reduserer legeringens motstand mot andre korrosive medier (f.eks. sjøvann, syrer) i etterfølgende bruk.
Reduksjon i mekaniske egenskaper: Oksidasjon forårsaker materialtap på legeringsoverflaten og skaper spenningskonsentrasjon ved oksid-legeringsgrensesnittet. Dette fører til en reduksjon i strekkstyrke og duktilitet til Monel-legeringen. Når det utsettes for syklisk høy-temperaturbelastning, flasser oksidlaget av gjentatte ganger, og akselererer utmattelsessvikt.
Dimensjonell ustabilitet: Volumetrisk ekspansjon oppstår under oksiddannelse, noe som resulterer i overflateruhet og dimensjonsavvik på legeringskomponentene, noe som er skadelig for applikasjoner med presisjonsteknikk.
2. Reaksjon av Monel-legeringer med svovel ved høye temperaturer
Nikkel reagerer med svovel og dannesNiS(nikkelsulfid) og dets derivater (Ni₃S₂). Disse sulfidene har lave smeltepunkter (NiS smelter ved 797 grader), og når temperaturen overstiger 600 grader, danner de en væskefase som trenger inn langs legeringskorngrensene.
Kobber i legeringen reagerer med svovel for å dannesCu₂S(kobbersulfid), som også viser korngrense-penetreringsegenskaper.
Reaksjonen av svovel med legeringen danner ikke et beskyttende lag; i stedet eroderer den kontinuerlig matrisen gjennom korngrensediffusjon.
Korngrenseforskjørhet: Flytende NiS og Cu₂S trenger inn i korngrensene, og svekker bindekraften mellom korn. Dette fører til at legeringen viser betydelig sprøhet ved høye temperaturer, noe som fører tilintergranulært bruddselv under lite stress.
Akselerert korrosjonssynergi: Sulfideringsprodukter ødelegger integriteten til oksidlaget. I miljøer som inneholder både oksygen og svovel, gjennomgår legeringen samtidig oksidering og sulfidering, og danner en løs blanding av oksider og sulfider. Dette resulterer i enkorrosjonshastighet 5–10 ganger høyereenn i et enkelt oksiderende eller sulfidiserende miljø.
Tap av høy-krypemotstand: Kryp er en nøkkelfeilmodus for Monel-legeringer i applikasjoner med høy-temperaturbelastning-. Sulfiderings-indusert korngrenseskade reduserer legeringens krypemotstand, og forkorter levetiden ved høye temperaturer.
3. Praktiske tekniske implikasjoner
Påføring av anti-oksidasjons- og anti-sulfidasjonsbelegg (f.eks. diffusjonsbelegg av aluminium, keramiske belegg).
Kontrollerer den omgivende atmosfæren for å redusere oksygen- og svovelinnholdet.
Velge modifiserte Monel-kvaliteter (f.eks. Monel K-500 med tilsatt aluminium og titan for å styrke nedbøren) for å forbedre stabiliteten ved høye temperaturer.
