NIKL. Fyzikální vlastnosti niklu Relativní atomová hmotnost Struktura

učební text pro předmět Úvod do nauky o materiálu

NIKL Fyzikální vlastnosti niklu Relativní atomová hmotnost Struktura Mřížková konstanta Hustota Teplota tavení Skupenské teplo tání Elektrický odpor Teplota Curieho bodu

58,71 g/mol KPC 0,35168 nm 8,908.103 kg/m3 1453 °C 309 kJ/kg 6,844 μΩ.cm (20°C) 357 °C

- těžký kov - dobře kujný (lze jej kovat a válcovat na plech nebo vytahovat v dráty) - na vzduchu stálý - odolný vůči zásadám, málo odolný vůči kyselinám - feromagnetický - dobře svařitelný POZOR: karcinogenní, mutagenní, teratogenní a alergenní (v některých aplikacích je proto postupně omezován)

Mechanické vlastnosti - závisí na jeho čistotě, případně na dalším legování. Komerčně čistý nikl (Nikl 200) dosahuje meze kluzu v tahu 148 MPa a pevnosti v tahu 462 MPa při tažnosti 47 %. Modul pružnosti (Youngův modul) je blízký ocelím (204 GPa). Výhodou pro aplikace niklu je nejen dobrá zpracovatelnost za tepla i studena, ale zejména to, že si nikl i jeho slitiny zachovávají pevnostní charakteristiky do poměrně vysokých teplot (400-550°C u běžných slitin, u některých superslitin až do přibližně 800°C). Korozní vlastnosti, účinky legujících prvků

Niklové slitiny jsou používány v různých redukčních nebo oxidačních korozních prostředích. Nikl je schopný rozpouštět v sobě větší množství legujících prvků než železo, zejména chróm, molybden a wolfram, což umožňuje jeho aplikace i v mnohem agresivnějších prostředích než je tomu u nerezavějících ocelí. V následujícím výčtu vybraných příměsí jsou uvedeny konkrétní účinky na vlastnosti slitin niklu. Měď zlepšuje odolnost vůči neoxidačním kyselinám; přídavek 30-40% Cu zvyšuje odolnost vůči neokysličené H2SO4 a HF; 2-3% Cu zvyšuje odolnost vůči HCl, H2SO4 a H3PO4. Chrom zvyšuje odolnost vůči oxidačním prostředím (HNO3, H2CrO4), rovněž však vůči H3PO4, dále vůči vysokoteplotní oxidaci (vznik pasivačního filmu na povrchu). Obsahy Cr se pohybují do 50%, běžně je to okolo 15-30% Cr. Železo snižuje především náklady a cenu slitiny, nezlepšuje však antikorozní vlastnosti niklu. Výjimkou je obsah nad 50% Fe, který je příčinou zvýšení odolnosti vůči H2SO4. Železo také zvyšuje rozpustnost uhlíku v niklu a tím odolnost vůči vysokoteplotnímu nauhličení. Kobalt obdobně jako Fe zvyšuje rozpustnost uhlíku v niklu, čímž zvyšuje odolnost vůči vysokoteplotnímu nauhličení, dále zvyšuje odolnost vůči vysokoteplotnímu nasíření (přičemž teplota tavení sulfidu Co je vyšší než sulfidu Ni). Molybden zvyšuje odolnost vůči neoxidačním kyselinám. S obsahem do 28 % Mo (typ Hastelloy B) odolávají slitiny prostředí kyselin HCl, HF, H3PO4 a H2SO4 až do 60% koncentrace. Molyben zvyšuje odolnost vůči bodové a štěrbinové korozi. Molybden je důležitým zpevňujícím prvkem pro slitiny se zvýšenou pevností při vysokoteplotních aplikacích. Wolfram zvyšuje obdobně jako Mo odolnost vůči neoxidačním kyselinám a lokální korozi. Je rovněž výrazně zpevňujícím prvkem, avšak má vyšší atomovou hmotnost a je dražší, proto se, pokud to není vyloženě nutné volí raději Mo, příp. kombinace W a Mo. Křemík je v niklu přítomný jen v malých množství buď jako zbytkový prvek z dezoxidačního procesu, anebo jako záměrný přídavek pro zlepšení odolnosti vůči vysokoteplotní oxidaci. U slitin s vyššími obsahy Fe, Co, Mo, W a dalších těžkotavitelných prvků jsou obsahy přísně kontrolovány, neboť Si stabilizuje karbidy a škodlivé intermetalické fáze. Naopak Si jako hlavní legura zvyšuje odolnost vůči horké koncentrované H2SO4 , © 2007-13 Monika Losertová FMMI, VŠB-TU Ostrava

1


v tom případě jsou slitiny niklu s vyšším obsahem Si (9-11 hm.%) jen odlévány a nejsou dále mechanicky zpracovávány.

Aplikace nerezavějící oceli legované oceli slitiny neželezných kovů (na bázi Ni, Cu) poniklování slévarenství ostatní 6%

66% 5% 12% 7% 4%

Vzhledem k aplikacím výše uvedených materiálů můžeme tedy nikl nalézt v následujících odvětvích: automobilový průmysl materiály pro letecký a kosmický průmysl konstrukční materiály (stavebnictví) spotřební zboží železnice námořnictví chemický průmysl naftařský průmysl elektronika a ostatníí

Slitiny Slitiny niklu lze rozdělit na několik základních skupin, v některých zdrojích je skupina materiálů na bázi Ni-Mo ještě dále členěna podle přítomnosti ternárního prvku a jeho obsahu. 1) technický nikl a nízkolegovaný nikl 2) Ni-Cu slitiny 3) Ni-Mo slitiny 4) Ni-Cr slitiny 5) slitiny se zvláštními vlastnostmi - magnetickými a jinými fyzikálními (Fe-Ni-Cr, Ni-Cr a Ni-Cr-Fe(-Mo) slitiny) 6) niklové superslitiny (superslitiny Ni jsou zařazeny v kapitole Superslitiny) Pozn.: Slitiny 1-4 : monofázová struktura – zpevnění tuhým roztokem, příměsové atomy jsou rozpuštěny v tuhém roztoku, tepelné zpracování za účelem rozpuštění nežádoucích sekundárních fází + kalení do vody Slitiny 5 : vícefázová struktura – zpevnění tuhým roztokem + precipitáty sekundárních fází, příp. karbidickými částicemi Technický nikl a nízkolegovaný nikl

Technický nikl je používán pod různými názvy, a to podle obsahu niklu a nečistot, případně malého obsahu příměsí: 93-99,9 hm.% Ni, 0,01- 0,25 hm.% Cu, 0,05-0,75 hm.% Fe, 0,003-5,25 hm.% Mn, 0,02-0,3 hm.% C, 0,005-1 hm.% Si, 0,008-0,015 hm.% S, a další (Mg, Ti, Al) Příklady: A-nikl (nikl 200, nikl 205-elektronická forma), nikl 201, nikl 220, duranikl (s Al,Ti) Vlastnosti: kombinace dobrých mechanických a elektrických vlastností s dobrou protikorozní a

oxidační odolností

Použití V závislosti na složení se nikl používá jako součásti zařízení v potravinářském průmyslu, přepravní kontejnery pro chemikálie, elektronické součástky (Ni 205 a 220), součásti v leteckém a raketovém průmyslu, pouzdra baterií, elektrody v doutnavkách, součásti pro vysoké teploty a prostředí se zvýšeným obsahem síry, lisovací součásti pro průtlačné lisování plastů, formy pro výrobu skleněných výrobků….

Ni-Cu slitiny Slitiny niklu a mědi je možné rozdělit na dvě velké skupiny, a to podle převažujícího obsahu Ni nebo Cu, jak je patrné z níže uvedených podkapitol. Binární systém, který je uveden na Obr.1 níže, je © 2007-13 Monika Losertová FMMI, VŠB-TU Ostrava

2


charakteristický vzájemnou dokonalou rozpustností v tuhém stavu, což znamená, že nevznikají sekundární fáze a mikrostruktura je v celém rozsahu složení tvořena pouze jednou fází, tedy tuhým roztokem mědi v niklu nebo niklu v mědi. Tento typ mikrostruktury umožňuje dobrou tvařitelnost slitin za studena a přispívá k velké odolnosti vůči korozi. Od určité koncentrace Ni probíhá v systému spinodální rozpad tuhého roztoku.

Obr. 1 Rovnovážný fázový diagram binárního systému Cu-Ni s dokonalou rozpustností v tuhém stavu a spinodální rozpadem při teplotách pod 345,5 °C. Čerchovaná čára Tc představuje Curieovu teplotu přechodu Ni z paramagnetického do feromagnetického stavu.

Převaha Ni (tzv. monely) Slitiny pod názvem Monel (registrovaná značka pod Special Metals Corporation) se používají již od počátku 20. století. První slitinu vyrobil již v r. 1901 R. C. Stanley a pojmenoval ji po tehdejším prezidentu firmy International Nickel Company (INCO) Ambrose Monellovi. Vlastnosti: Monely, které obsahují 63-66 % Ni, do 34 % Cu + Fe, Mn, Si, Al, Ti jsou materiály s výbornými mechanickými vlastnostmi a chemickou odolností v náročném prostředí. Původně byly určeny pro mírně redukční prostředí, dnes se používají pro svou výbornou protikorozní odolnost vůči mořské vodě, kyselinám HF, H2SO4 a zásadám všude tam, kde již nedostačují vlastnosti nerezových ocelí, např. v dlouhodobém kontaktu se slanou vodou, ale i v chemickém průmyslu Příklady: Monel alloy 400, Monel alloy R-405, Monel alloy K-500 Použití: Monely se používají pro loďařský průmysl (lodní šrouby), zařízení pro výrobu chemikálií a uhlovodíků, plechy, trubky, ventily, čerpadla, hřídele, stěrky a škrabáky, armatury, výměníky tepla, nýty, šrouby… Převaha Cu 1) konstantan – 45 % Ni Vlastnosti: vysoký elektrický odpor 0,49 µΩ·m, velmi nízký teplotní koeficient el. odporu při 20 °C 0,00001, nízký koeficient tepelné roztažnosti 0,000015/K Použití: termočlánky nikelin - 31 % Ni, 56 % Cu, 13 % Zn Vlastnosti: vysoký elektrický odpor, velmi nízký teplotní koeficient el. odporu Použití: odporové články 2) niklové stříbro – 55- 65 % Cu, 10-30 % Ni, zbytek Zn Slitiny, které jsou známé i pod dalšími názvy: argentan či nejčastěji alpaka, se do Evropy dostaly z Číny v 18. století, ale mince se z nich začaly razit ve velkém až po 2. světové válce. Alpaka obsahuje 10-20 % Ni, 40-70 % Cu a 5-40 % Zn.

© 2007-13 Monika Losertová FMMI, VŠB-TU Ostrava

3


Vlastnosti: bílé zbarvení, dobrá tvařitelnost, střední pevnost, velmi dobrá korozivzdornost i vůči mořské vodě, vysoký obsah Ni brání odzinkování- nahrazuje mosazi v korozním prostředí slané vody, příznivé zabarvení (jako Ag). Příklad složení: nejběžnější slitiny 65Cu-18Ni-17Zn a 55Cu-18Ni-27Zn Použití: Slitiny se používají na plátování, ventily, armatury, různé součásti běžného vybavení, dekorativní a architektonické prvky, mince. 3) kupronikl – 10 - 30 % Ni + do 1,5 % Fe, zbytek Cu obsah Ni/Cu : 30/70 hm.% + Fe, Mn, Zn, Pb, Sn (S, C) 90/10 hm.% + Fe, Mn, Zn, Pb, Sn (S, C) Dvě hlavní slitiny Cu-Ni určené pro tváření a pro provoz v mořské vodě obsahují 10 nebo 30 % Ni. Obě jsou legovány významným množstvím Fe a Mn, které jsou nutné pro zachování dobré korozní odolnosti. Jejich vývoj byl založen na pochopení vlivu těchto legur, zejména Fe, na vlastnosti slitiny. Výzkumné práce započaly ve 30. letech 20. století na požadavek britského námořnictva (British Navy) zlepšit materiál pro chladiče, protože dosud používaná mosaz 70-30 nedokázala dostatečně odolávat rychlosti proudu mořské vody. Vlastnosti: Bylo zjištěno, že vlastnosti slitin Cu-Ni v poměru 70-30 se mění v závislosti na obsahu Fe a Mn, a tak se hledalo takové složení, které dává optimální odolnost vůči rychlostním vlivům, korozi vlivem nánosů a bodové korozi. Nakonec bylo připraveno typické složení 0,6 % Fe a 1,0 % Mn. U slitiny o složení s 10 % Ni je optimální obsah Fe vyšší a Mn nižší než v případě 70-30 slitiny, např. 1,5 % Fe a 0,8 % Mn. Použití Slitiny jsou používány na chladiče, kondenzátory, kondenzátorové plechy, destilační trubky, výparníky a tepelné výměníky, potrubí na mořskou vodu v obchodním i námořním loďstvu. Zatímco slitina 90-10 je častěji používána pro hladinové lodě, slitina 70-30 nachází uplatnění v ponorkách, neboť její vyšší pevnost umožňuje vydržet vyšší okolní tlaky. Tyto slitiny jsou rovněž používány pro chladiče v elektrárnách a pobřežní potrubí na vrtných plošinách (nafta/plyn), pro desalinační průmysl a pro plátování a oplášťování námořních konstrukcí a zařízení.

Ni-Mo slitiny Slitiny jsou určeny pro silně redukční prostředí. Složení: 68,5 hm.% Ni- 28,5 hm.% Mo, + Fe, Cr, Co, W, Si Vlastnosti: odolávají koroznímu praskání, bodové korozi i v prostředí HCl za zvýšených teplot a vysokých koncentrací Příklad: Hastelloy B, Hastelloy B-2, Hastelloy B-3, (nebo také Alloy B) Použití: v prostředích kyseliny HCl (uvolňování vodíku na katodách)

Ni-Cr- ( + Si, Mo, Fe) slitiny Slitiny určeny pro silně oxidační prostředí. Složení: 65 hm.% Ni-20 hm.% Cr-5 hm.% Si + Mo, Fe, Cu; 78,1 hm.% Ni -7,9 hm.% Cr-4,2 hm.% Si + B, Cu, Mo, Nb Vlastnosti: odolávají vysokým korozním potenciálům, koroznímu praskání pod napětím Příklad: Hastelloy D-205, Colmonoy 98 Použití: v prostředích NaOH, slaná voda a H2SO4

Slitiny s elektromagnetickými vlastnostmi Slitiny na bázi Fe-Ni-Cr, Ni-Cr a Ni-Cr-Fe jsou určeny pro mnohostranné použití. Lze je podle jejich specifických vlastností dále rozdělit následovně: Magneticky měkké materiály Složení: 35 - 79 hm.% Ni, do 21 hm.% Fe, + příp. Mo, Cr Vlastnosti: magneticky měkké materiály, počáteční permeabilita vysoká, malá koercitivní síla, nízké ztráty vířivými proudy, magn. charakteristiky náchylné na rychlost ochlazování (přídavek Cr, Mo tuto citlivost snižují) tvařitelné za tepla i za studena (zlepšení tvařitelnosti se dosahuje malou přísadou manganu). Magnetické vlastnosti v slabých magnetických polích závisejí na chemickém složení, tepelném a mechanickém zpracování, obsahu příměsí, pečlivém dodržení postupu tavení ( ve vakuu ) a žíhání ( ve vodíku ). Největší © 2007-13 Monika Losertová FMMI, VŠB-TU Ostrava

4


maximální počáteční permeability lze dosáhnout při rychlosti chladnutí asi 20°C/s. Zvýší-li se rychlost ochlazování přibližně čtyřikrát, dosáhne se maximální permeability. Tepelné zpracování se provádí až po ukončeném mechanickém zpracování. Magnetizační křivka je velmi strmá, což odráží fakt, že slitina permalloy je nasycená při poměrně slabých magnetických polích.

Příklad: 50 permalloy, 36 permalloy, Magnetic compensating alloy, Superpermalloy, aj. • Permalloy A – 78,5% Ni a 21,5% Fe, choulostivá na tepelné zpracování •

Permalloy C – 18,5% Ni, 18% Fe, 3% Mo, 0,5% Mn, náhrada Permalloy A, magneticky nejměkčím materiálem. Používá se ho ve sdělovací technice na malé transfomátorky, tlumivky, relé, magnetická stínění, magnetické sondy.

•

Hypernik, Conpernik, Invariant – asi 50% Ni, menší citlivost při tepelném zpracování, větší měrný odpor, Tyto slitiny mají menší μpoč = μmax, ale větší konstantnost permeability v rozsahu slabých magnetických polí. Dosahují však vyšších hodnot sycení, což umožňuje menší průřezy transformátorových jader.

•

Mumetal – 76% Ni, 17% Fe, 5% Cu, 1% Mn, má větší elektrický odpor než Permalloy a je méně citlivý na mechanické a tepelné zpracování.

•

Megaperm – 65%Ni, 10% Mn, zbytek Fe

•

Supermalloy – 79% Ni, 5%Mo, 0,5% Mn, zbytek Fe, má μmax=180000

Použití:

jádra magnetických hlav, tachometry, magnetické sensory, disketové jednotky, videorekordéry, videokamery,… Slitiny s řízenou dilatací

Složení: 30-36 hm.% Ni, 53-64 hm.% Fe, příp.17 %Cr Vlastnosti: koeficient roztažnosti - téměř jako sklo nebo porcelán, koeficient řízený v rozmezí určitých teplot Příklady: Kovar, Invar, 42 alloy, 52 alloy, a další Použití: magnetrony, sluneční kolektory, TV elektronové dělo, Guarts oscilátor, bimetaly, obrazovky… Slitiny s vysokou rezistivitou Složení: 80-90 hm.% Ni, 10-19 hm.% Cr, + Fe, Mn, Si Vlastnosti : vysoký měrný elektrický odpor při vysokých teplotách Příklady: Nichrome V, Chromel Použití: topné články


5


SUPERSLITINY - slitiny pro použití při teplotách nad 540 °C. - struktura matrice KPC (fcc) - horní mez pro teplotu použití je dána rozpouštění zpevňující fáze a počátkem tavení matrice rozdělení superslitin : 1. na bázi Fe-Ni (hustota 7,9-8,3.103 kg/m3) 2. na bázi Co (hustota 8,3-9,4.103 kg/m3) 3. na bázi Ni (hustota 7,8-8,9.103 kg/m3) 4. na bázi Ir a Rh (hustota 8,5-12,4.103 kg/m3) (nová generace) Základní vlastnosti:- hustota slitin : ovlivněna příměsovými prvky:

Al, Ti, Cr (snižují) W, Re, Ta (zvyšují)

- korozní vlastnosti: ovlivněny příměsovými prvky a prostředím - modul elasticity : polykrystalické 172-241 GPa po směrové krystalizaci 124-310 GPa - elektrická a tepelná vodivost, tepelná roztažnost závisí na přechodových kovech a na přítomnosti vysokotavitelných kovů, je spíše nižší ve srovnání s ostatními kovovými soustavami. - relativně dobrá tvařitelnost, u Co superslitin je však nižší - při vhodném složení - je možné kování, tváření, zpracování na plechy, lisování - u vysokopevnostních - odlitky a spojování s jinými materiály - svařování nebo pájení natvrdo TAB. 1 Obsahy základních prvků v superslitinách na bázi Fe-Ni Prvek Ni Fe Ti Al Mo Co 9-44 29-67 0-3 0,3-1 0-3 0-20 hm.% na bázi Co Prvek Co Ni Ti Al Mo Fe do 62 0-35 0-3 0-0,2 0-10 0-21 hm.% na bázi Ni Prvek Ni Ti Al Mo Co 37-79,5 0-5 0-6 0-28 0-20 hm.%

Cr 0-25

Nb 0-5

W 0-2,5

C <0,35

Cr 19-30

Nb 0-4

W 0-15

C 0-1

Nb 0-5,1

W 0-15

C <0,30

Cr 5-22

+ další prvky např. Zr, La, Mn, Si, Cu, B, Ce, Mg, V, Ta, Hf

Struktura superslitin a přítomné fáze Složení mikrostruktury superslitin závisí na legujících prvcích, které ovlivňují pevnost matrice, charakter precipitátů, vylučování karbidických částic, odolnost vůči oxidaci nebo vodíku, atd. Struktura je tvořena austenitickou matricí γ s kubickou plošně centrovanou mřížkou (KPC) a dalšími sekundárními fázemi:karbidy (MC, M23C6, M6C a M7C3), γ´- struktura KPC - Ni3(Al,Ti) γ´´- struktura D022 (tetragonální prostorově centrovaná) – Ni3Nb η- struktura D024 (hexagonální uspořádaná) – Ni3Ti δ- struktura ortorombická – Ni3Nb Zpevnění superslitin na bázi Fe a Ni legující prvky ⇒ zpevnění tuhým roztokem ⇒ precipitací fází γ´ a γ´´ ⇒ působí na vznik karbidů. Příspěvek karbidů ke zpevnění: • přímo (disperzní zpevnění), • nepřímo (stabilizují hranice zrn proti nadměrnému smyku u tvářených slitin). ⇒ fáze η a δ - důležité při řízení struktury tvářených superslitin během jejich výroby. - ke zpevnění mohou rovněž přispívat legující prvky: B, Zr a Hf. Zpevnění superslitin na bázi Co - zajištěno rozpuštěnými prvky a karbidy © 2007-13 Monika Losertová FMMI, VŠB-TU Ostrava

6


Aplikace -

-

určeny pro aplikace při vysokých teplotách v různých agresivních prostředích, jako např. součásti leteckých motorů, reaktivní motory, spalovací systémy, turbiny v energetice, námořní konstrukce, součásti pecních systémů, reaktory a čerpadla v jaderné energetice, nádoby pro chemický průmysl, tlakové nádoby, ochranná pouzdra termočlánků, atd. výfukové turbiny turbodmýchadel ve spalovacích motorech automobilů.

NIKLOVÉ SUPERSLITINY

· austenitické slitiny zpevněné účinkem disperzně vyloučené fáze γ´ [ Ni3(Al,Ti)] · legovány na bázi Ni-Cr ( ochranný povlak oxidu Cr ) · další legury : Co, Fe, W, V, Nb, Ta, B, Zr, Mg, Ti, Mo VLASTNOSTI : - vysoká pevnost i za vysokých teplot - korozní odolnost - odolnost proti creepu Vlastnosti jsou zajištěny prostřednictvím: - vysoká strukturní stabilita Ni slitin souvisí s vysokým zaplněním orbitu 3d elektrony u Ni- za spolupůsobení Cr => omezení difúze atomů kovu ze slitiny a difúze O a S dovnitř objemu slitiny - zpevnění matrice - stabilita γ´ - vyloučení karbidických fází na hranicích a vlastnosti hranic zrn

Obsah Cr (%)

Složení: 50-70 hm.% Ni, 15-20 hm.% Cr, + Ti, Al, Mo, Co, Nb, Zr, V…… Vlastnosti: zachovávají dobré mechanické vlastnosti (pevnost) a odolnost vůči oxidaci až do vysokých teplot, dobrá korozní odolnost, odolnost vůči creepu (zpevnění sekundární fází) Příklady: Inconel 718, Inconel 600, Inconel X-750, Inconel 625 Haynes 230, Haynes 625, Hastelloy S, Hastelloy X, Waspaloy Nimonic 75, Nimonic 90

Prvky podporující vznik Fáze γ ′ Karbidů Příklady slitin

Obr.2 Schéma vývoje mikrostruktur v závislosti na obsahu Cr (od kulovitých po kvádrové γ′ fáze). © 2007-13 Monika Losertová FMMI, VŠB-TU Ostrava

7


V průběhu vývoje superslitin na bázi Ni se zvyšoval procentuální objem precipitátů γ', v současnosti dosahuje množství této fáze až 80% u moderních superslitin, které v důsledku tohoto obsahu vykazují rovněž zajímavou vlastnost, charakteristickou pro čistou intermetalickou fázi γ' (Ni3Al), tedy pozitivní teplotní závislost meze kluzu (viz Obr.3). Vysokoteplotní vlastnosti byly optimalizovány rovněž zvyšováním velikosti částic γ' až se zastavila na hodnotě okolo 1μm, dále změnou tvaru částic na kvádrový (výše uvedený Obr.2).

Obr.3 Vliv teploty a obsahu fáze γ′ na dosahovanou mez kluzu superslitin. Již při 40% γ′ se projevuje anomální teplotní závislost meze kluzu

Následně bylo docíleno sekundární precipitace jemných částic γ', takže mikrostruktura některých slitin je tvořena velkými kvádrovými precipitáty spolu s malými kulovými částicemi fáze γ', tedy tzv. bimodální mikrostruktura (Obr.4 uvedený níže). Morfologie karbidických částic byla optimalizována v závislosti na obsahu karbidotvorných prvků, jako např. Cr. Výskyt karbidických částic zabraňuje pokluzu hranic zrn při creepu, přesto bylo zjištěno, že nejoptimálnější je, na rozdíl od kontinuálních karbidických řetězců, diskontinuální rozmístění karbidů podél hranic zrn.

Obr.4 Tvařitelné Ni superslitiny s a) kulovou morfologií u slitin s nízkým obsahem fáze γ′ a b) bimodální morfologií s vyšším obsahem fáze γ′ ve tvaru kvádrovém i kulovém.


8


Odolnost proti creepu závisí na snížení rychlosti pohybu dislokací uvnitř krystalové mřížky. V superslitinách na bázi Ni účinkuje jako koherentní překážka pro pohyb dislokací fáze γ'-Ni3(Al,Ti), která umožňuje precipitační zpevnění. Dislokace mohou precipitáty překonat dvěma mechanismy: protínáním nebo obcházením (Orowanův mech.)

protínání

obcházení

Použití Ni superslitin Niklové superslitiny představují významný materiál pro většinu současných vysokoteplotních aplikací. součásti automobilových motorů, v jaderné energetice (reaktory, čerpadla, ..), nádoby pro chemický průmysl, tlakové nádoby, ochranná pouzdra termočlánků, letectví, reaktivní motory, spalovací systémy, námořní konstrukce, součásti pecních systémů, … TAB. 2 Vlastnosti vybraných slitin niklu při pokojové teplotě Slitina UNS Mez Mez kluzu pevnosti (MPa) (MPa) Nickel 200 NO2200 148 462 Duranickel 301* NO3301 862 1170 Ni-Cu Alloy-400 NO4400 240 550

Tažnost (%)

Modul elasticity (GPa)

Tvrdost

47 25

204 207

109HB 30-40HRC

40

180

NO4405

240

550

40

180

Alloy K-500* NO5500 Ni-Cr-Fe-Mo Alloy 600 NO6600 Alloy-718* NO7718 Alloy 800 NO8800 Alloy 925* NO9925 Alloy B – N10001 odlévaná forma N-12MV Ni-Al-Cr superslitiny Inconel 718 NO7718 HAYNES®230 NO6230 Nimonic 80A NO7080 *- precipitačně vytvrzená slitina

790

1100

20

180

110150HB 110140HB 300HB

310 1036 295 815

655 1240 600 1210

40 12 44 24

207 211 193 -

75HRB 36HRC 138HB 36,5HRC

275

525

6

1100 390 780

1375 860 1250

25 47,7 30

Alloy R-405


211

9


Binární systém Ni-Al

Tuhý roztok γ matrice

Fáze γ‘ Ni3Al - precipitáty

Fáze γ‘ Ni3Al - vysoce uspořádaná struktura - supermřížka L12 ( KPC)


10


Doba výdrže

Změny ve struktuře během vysokoteplotních aplikací

Doba výdrže Délka výdrže na vysokých teplotách mění mikrostrukturu superslitin, a tím i mechanické vlastnosti (pokles pevnosti, creep) : 1000 1000

Pevnost v tahu [MPa]

NAPĚTÍ σ [MPa]

850°C 500 400 300

200

IN 713 LC IN 738 LC IN 792-5A

IN792-5A

900

IN713LC

800

IN738LC

700 600 500

100

1

10

100

1000

DOBA DO LOMU t [h]

10000

0

2000

4000 6000 Doba žíhání [h]

8000

10000

f


11


Použitá literatura [1]

ASM Specialty Handbook: Nickel, Cobalt, and Their Alloys Edited by J.R. Davis, ASM International, 2000, s. 362370. ISBN: 0-87170-685-7

[2]

Reed R. C.: The Superalloys. Fundamentals and Applications. Cambridge University Press. 2006, 372 s. ISBN 0521-85904-2

[3]

Donachie, M.Donachie J.: Superalloys. A technical guide. 2nd edition, ASM International, 2002, 408 s. ISBN 087170-749-7

[4] [5]

Metal Handbook. DESK Edition, ASM International, 1998, s.609-615, ISBN0-87170-654-7

[6]

Smallman, R. E., Ngan, A. H.W.: Physical Metallurgy and Advanced Materials. 7th edition. 2007. Published by Elsevier Ltd., 660 s. ISBN: 978 0 7506 6906 1

[7] [8]

http://www.webelements.com/

Cardarelli F.: Materials Handbook. A Concise Desktop Reference. 2nd Edition 2008 Springer-Verlag London Limited ISBN 978-1-84628-668-1

http://www.matweb.com/


12


Vysokotavitelné kovy (VTK) jako vysokoteplotní materiál Termín vysokotavitelné (těžkotavitelné) kovy (VTK) zahrnuje obvykle tyto kovy: Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Tc a Re. Společnou vlastností všech těchto kovů je vysoká teplota tavení, některé z nich krystalizují ve dvou mřížkách, tedy v KSC a HTU (polymorfie), jako např. Ti, Zr a Hf, některé pouze v HTU, jako Re a Tc, ostatní pouze v KSC. Nejnižší teplotu tavení z těchto VTK má kromě titanu (1670°C) ještě vanad (1910°C), naopak nejvyšší má wolfram (3422°C). Ta, W a Re mají rovněž vysokou hustotu (nad 15.103 kg/m3). Právě pro vysokou teplotu tavení by se tyto prvky mohly přirozeně řadit mezi konstrukční materiál pro vysokoteplotní použití. Avšak protože mají velký sklon k oxidaci dokonce již při teplotách, které jsou o více než polovinu nižší než jejich Tm, je jejich možnost použití silně omezena. Přehled vybraných valstností pro Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo a W jsou uvedeny v Tab.1 Tab. 1 Vybrané základní vlastnosti VTK


13


TITAN • • •

velmi důležitý technický materiál - technicky čistý kov nebo slitiny velká afinita ke všem nekovům (kromě vzácných plynů) – omezení jeho použití chemicky velmi reaktivní - přesto vykazuje výbornou odolnost proti korozi (pasivace oxidickou vrstvičkou TiO2)

Fyzikální vlastnosti titanu Relativní atomová hmotnost Struktura Mřížková konstanta

Hustota Teplota tavení Nemagnetický

47,9 do 882°C HTU (α-Ti) nad 882°C KSC (β-Ti) HTU: a = 0,29503 nm, c = 0,48631 nm c/a = 1,5873 KSC: a = 0,33132 nm 4,505.103 kg/m3 1670 °C

Netoxický, biologicky dobře snášený Vysoká odolnost proti korozi v prostředí kyselin a chloridů

Mechanické vlastnosti titanu • •

velmi dobrá tvařitelnost, svařitelnost, horší obrobitelnost pevnost u technického Ti : (závisí na čistotě) Rp0,2 170- 480 MPa , Rm 240- 550 MPa, A5 20-30 % (vysoce čistý 70 %)

Použití Ti a jeho slitin - ve 2 hlavních oblastech : 1. zařízení odolná proti korozi 2. konstrukce s vysokou pevností

Přednosti titanu a titanových slitin oproti ostatním kovovým materiálům vysoký poměr pevnost–hustota - u titanu a titanových slitin daleko lepší než u většiny používaných kovů.

současně

vynikající korozní odolnost-vůči atmosféře, sladké i mořské vodě, většině průmyslových kyselin, zásad, korozně odolný v oxidačním nebo redukčním prostředí a v prostředí obsahujícím chloridy. velmi dobrá erozní odolnost - při srovnání s běžně používanými kovy. velmi dobrá kompatibilita s živočišnou tkání -předurčuje titan pro dentální a chirurgické implantáty. zpracování titanu a titanových slitin - obdobné jako u nerezových nebo niklových slitin pro vysoké výkony.

Základní rozdíly mezi titanovými a ocelovými nebo niklovými slitinami nižší modul pružnosti vyšší bod tavení titanu nižší koeficient měrné tepelné vodivosti náchylnost k absorpci plynů a metaloidů za vyšších teplot (O, H, N, C)

Vliv škodlivých příměsí a legujících prvků - dělení příměsí - podle toho, zda snižují nebo zvyšují teplotu této přeměny, tedy kterou ze dvou uvedených fází α nebo β stabilizují ve větším teplotním rozmezí. - vliv úzce spojen s jejich větší rozpustností ve fázích, které stabilizují. Škodlivé příměsi : = intersticiální prvky: kyslík, dusík, uhlík, vodík - snižují úroveň plastických vlastností (klesá tažnost), © 2007-13 Monika Losertová FMMI, VŠB-TU Ostrava

14

učební text pro předmět Úvod do nauky o materiálu -

zhoršují svařitelnost zvyšují náchylnost ke korozi zvyšují pevnost a tvrdost tvoří intersticiální tuhé roztoky O, N a C ………… α− stabilizátory, H ……………. β− stabilizátor křehké oxidy, karbidy, nitridy nebo hydridy

Legující příměsi : = substituční prvky, důležitá úloha při řízení mikrostruktury a vlastností slitin titanu Ta, V, Mo a Nb β−izomorfní prvky s KSC-Ti, netvoří s Ti intermetalické sloučeniny (preferovány při legování), stabilizují β. Cr, Fe, Cu, Ni, Pd, Co, Mn a některé další přechodové kovy – vytvářejí eutektoidní systém, – mají sníženou rozpustnost v α Ti, – snižují teplotu přeměny, – stabilizují β – v kombinaci s β−izomorfní prvky ⇒ stabilizace β−fáze a zamezení nebo snížení výskytu intermetalických sloučenin (při tepelně-mechanickém zpracování, tepelném zpracování nebo vysokoteplotním použití. Fe, Cr ……. silné β−stabilizátory (slitiny (α−β), β) Zr, Hf – vynikající vlastnost : α− i β−izomorfní prvky Sn, Al – velká rozpustnost v α− i β−fázi Al, Zr, Sn ….. • rozpustné v obou fázích • zejména příznivý účinek na zvýšení creepové pevnosti α−fáze (zpevnění tuhým roztokem). ⇓ • téměř ve všech komerčně používaných slitinách Ti

Ni, Mo, Pd, Ru – zvyšují odolnost proti korozi u technického Ti Fázové přeměny v titanových slitinách •

Základní typy fázových diagramů - možno odvodit vliv jednotlivých příměsí na teplotu přeměny α na β (obr.1 a 2) .

• Všechny technické slitiny Ti obsahují v různém stupni přísadu Al ⇒ binární soustava Ti-Al (obr.1) má pro titanové slitiny obdobný význam jako pro Fe soustava Fe-Fe3C.


15


Teplota (°C)

Obsah Al (at.%)

Obsah Al (hmotn.%)

Obr.1. Rovnovážný fázový diagram Ti-Al s vyznačenými strukturními modifikacemi α-Ti a β-Ti a oblastí výskytu obou fází (α+β) (červené šipky). Binární slitiny titanu

Stabilizovaná β fáze

Jednoduchá transformace (β-izomorfní prvky)

S eutektoidní přeměnou (eutektoid s β fází)

Prvky: H, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Pd, Ag, W, Pt, Au,Be, Si, Sn, Pb, Bi, U

Jednoduchá peritektická přeměna

Prvky: N, O

S peritektoidní přeměnou β→α

Prvky: B, C, Sc, Ga, La, Ce, Gd, Nd, Ge, Al

Teplota →

Prvky: V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, Re

Stabilizovaná α fáze

Obsah rozpuštěného prvku →


16

učební text pro předmět Úvod do nauky o materiálu Obr.2 Vliv nečistot a legujících prvků na teplotu přeměny α na β v titanu: a), b) a c) přísady snižující teplotu fázové přeměny; c) a d) přísady zvyšující teplotu fázové přeměny.

Slitiny titanu mechanické vlastnosti 4 základních skupin materiálů na bázi Ti: cp-Ti, α, β a α + β slitiny (Tab.2) klasifikace podle fází → α, β nebo α + β slitiny nejrozšířenější a nejpoužívanější slitina: Ti-6Al-4V ( = 45% z celkové produkce Ti slitin, technický Ti = 30% a ostatní slitiny = dohromady jen 25% z produkce) Tab. 2 Mechanické a aplikační vlastnosti 4 základních skupin

Alfa slitiny • obsahují Al, Sn ⇒ stabilizují α oblast ⇒ brání změně teploty fázové transformace nebo způsobují její růst • lepší odolnost proti tečení než β−slitiny ⇒ používány pro vysokoteplotní aplikace • většinou velmi tažné • při velmi nízkém obsahu intersticiálních prvků ⇒ tažnost a houževnatost zachována i při kryogenních teplotách ⇒ vhodné rovněž pro kryogenní aplikace (na rozdíl od β slitin s přechodem křehký-houževnatý stav) • dostatečná pevnost, houževnatost a svařitelnost • avšak horší kujnost než β slitiny (větší schopností tvořit vady při kování, lze snížit menšími úběry a častým ohřevem) • nemohou být zpevněny tepelným zpracováním (na rozdíl od β slitin) -α struktura velmi stabilní ⇒ základním variabilním prvkem mikrostruktury α slitin ⇒ velikost zrn pro dané chemické složení: pevnost (krátkodobá deformace) i creep (dlouhodobá deformace) ⇒ ovlivnit velikostí zrna a vloženou deformační energií •

• •

• •

⇒

používány nejčastěji ve stavu žíhaném nebo rekrystalizovaném (po odstranění zbytkových pnutí po opracování) jsou méně odolné proti korozi avšak mají vyšší pevnost než čistý titan hlavním legujícím prvkem - Al (př. Ti-5Al-2,5Sn). "super α" (nebo "téměř−α") - obsahují malá množství prvků stabilizujících oblast β ⇒ obsahují určitou zbytkovou β fázi, tvořeny hlavně α fází a při tepelném zpracování (vytvrzování stárnutím) se chovají více jako α slitiny posuzují se spíše jako klasické α slitiny než klasické α+β slitiny. (např. Ti-8Al-1Mo-1V nebo Ti-6Al-2Nb-1Ta-0,8Mo)

"super−α" slitiny obsahují některé β stabilizátory ⇒ změny v mikrostruktuře obdobně jako α+β slitiny. Mikrostruktura : rovnoosá α zrna (je-li připravována v oblasti α+β) acikulární struktura přeměněné β (je-li zpracovávána nad β přechodem). © 2007-13 Monika Losertová FMMI, VŠB-TU Ostrava

17

učební text pro předmět Úvod do nauky o materiálu Příklad : IMI-834 a Ti-1100 - běžná teplotní mez použití : cca 590oC IMI-834 - "super α" strukturu s přísadou C - zpracovávána hluboko uvnitř α+β oblasti ⇒ zamezení hrubnutí zrn a vznik směsné struktury (α + acikulární β) - ⇒ dobrá creepová pevnost, aniž velký pokles únavové pevnosti. Ti-1100 - řízení obsahů molybdenu a železa ⇒ vysoká creepová pevnost Alfa + beta slitiny • chemické složení ⇒ vznik směsi α a β fáze (při pokojové teplotě mohou obsahovat 10-50 % β fáze) • nejběžnější α+β slitina: Ti-6Al-4V - poměrně obtížně tvařitelná i v žíhaném stavu • obecně slitiny α+β - dobrá tvařitelnost • tepelné zpracování nebo tepelně-mechanické zpracování ⇒ může zpevnit α+β slitiny ⇒ úprava množství a typu přítomné β fáze Rozpouštěcí žíhání s následným stárnutím při 480-650 °C a precipitací α fáze ⇒ jemnozrnná směs α+β v ⇒ řízení vlastností matrici zbytkové nebo přeměněné β fáze. •

pokud u slitin typu α+β převažuje fáze α nad β ⇒ "super α" nebo "α s nízkým obsahem β "

•

vyšší schopnost stárnutí než "super α" slitiny

Chování slitiny při tepelném zpracování = funkcí rychlosti ochlazování z žíhací teploty (Obr.3) ⇒ ovlivněna velikostí příčného řezu produktu. acikulární α (transformovaná β fáze)

matrice - martenzit α‘ (transformovaná β fáze)

β fáze

původní HZ β fáze primární α (transformovaná β fáze)

matrice: transformovaná β fáze s acikulární α

chlazeno na vzduchu

rovnoosá primární α

matrice - martenzit α‘

kaleno do vody

Obr.3 Diagram se složením a výskytem fází pro slitinu Ti-6Al-4V žíhanou ochlazenou na vzduchu nebo kalenou do vody z různých oblastí výskytu fází: β (1065°C) nebo α+β (955°C). © 2007-13 Monika Losertová FMMI, VŠB-TU Ostrava

18


Beta slitiny • legovány přechodovými kovy – V, Nb, Mo - snižují teplotu přeměny z α na β − podporují vznik KSC β fáze • slitiny s Mo - dobrá odolnost vůči korozi • výborná kujnost v širokém intervalu kovacích teplot, tenké plechy z β slitiny jsou tvařitelné za studena (ve stavu po rozpouštěcím žíhání.) • β a „téměř β “ -vyšší lomovou houževnatost při dané úrovni pevnosti ve srovnání se slitinami α+β • výborná prokalitelnost • lepší tvařitelnost při pokojové teplotě a lepší obrobitelnost než α+β slitiny • vyšší pevnost než α+β slitiny při teplotách, kdy místo creepové pevnosti je požadovaným kritériem mez kluzu • lepší schopnost tepelného zpracování (rozpouštěcí žíhání, kalení a stárnutí) u větších profilů než v případě slitin α+β. • snadno reagují na tepelné zpracování. Běžné tepelné zpracování: rozpouštěcí žíhání s následným stárnutím při teplotách od 450 do 650°C ⇒ jemné disperzní α částice ve zbytkové struktuře β. Použití β slitin: • dříve např. jako pružiny a upínací prvky (požadovaná vysoká pevnost) • dnes - pro vesmírné konstrukce - lomová houževnatost vyhovuje zvýšeným požadavkům na toleranci k poškození Příklady: Ti-10V-2Fe-3Al - slitina pro kování; Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn - pro tenké plechy Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr - pro pružiny a protlačené výlisky.

Přehled oblastí aplikací Ti slitin Podle vlastností jednotlivých typů slitin titanu nalézají uplatnění z hlediska svých dvou hlavních charakteristik: zařízení odolná proti korozi konstrukce s vysokou pevností 1) Letectví – motory s plynovou turbínou, letecké konstrukce, kosmické lodě, rotory helikoptér, … 2) Energetika – plynové turbíny, proudové turbíny, potrubní systémy, výměníky tepla, zařízení pro odsiřování spalin,… 3) Chemický průmysl – tlakové a reakční nádoby, výměníky tepla, potrubí, pláště, ochranné trubky, čerpadla, chladiče, ventily, kanály, filtry, míchadla, … 4) Automobilový průmysl – spojovací tyče, ventily, pružinové ventily, kyvná ramena, … 5) Námořní průmysl – trupy hladinových lodí, ponorky, jachty a výletní lodě, palubní chladicí systémy, lodní šrouby, požární čerpadla, soustava pohonu vodních trysek, … 6) Módní doplňky – brýle, šperkařství, hodinky, psací potřeby, … 7) Petrolejářský průmysl – potrubní systémy, pláště, pružiny, ventily, … 8) Lékařství – kloubní náhrady, srdeční chlopně, kardiostimulátory, zubní implantáty, spojovací dráty, chirurgické nástroje, invalidní vozíky, … 9) Architektura – okenní rámy, střešní krytiny, převisy a štíty, ventilátory, zábradlí, … 10) Sport – golfové hole, rámy a ložiska kol, podkovy, tenisové rakety, lyže, … 11) Ostatní - paměťové slitiny, kontrolní systémy znečištění, ruční nářadí, vojenské obrněné vozy, lovecké nože, …


19


Tab. 3 Vybrané slitiny Ti a jejich použití v letectví Jmenovité složení/ Komerční název Čistý Ti

Ti-8Al-1Mo-1V (UNS R54810)

Dodávané produkty

Všeobecný popis

Tyče,ingoty,plechy,protlače né výlisky,tenké plechy,pásy, drá-ty, pruty,roury,trubky,odlitky Tyče,ingoty,plechy,protl.výl isky,tenké plechy,dráty, výkovky Tenké plechy, pásy, tyče, ingoty, dráty,výkovky

Pro protikorozní ochranu v chem. a námoř.prům.,

Typické použití

Nízká hustota, výborná Lopatky plynových turbín svařitelnost, vysoká pevnost Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo Vysoká pevnost, tažnost, Do 540°C ; plynové (Ti-6242,UNS 54620) výborná creep.odolnost turbíny, součásti konstrukce letadel Ti-6Al-4V Tyče,ingoty,pruty,dráty,plec Nejrozšířenější slitina Disky a lopatky turbín, (UNS R56400,AECMA hy,pásy,průlisky Ti; součásti konstrukce draku Ti-P63) Aplikace do 315°C letadel, protézy, implantáty Ti-6Al-6V-2Sn Tyče,ingoty,průlisky,plechy, Vysoká pevnost do Konstrukce draku letadla (UNS T56620) tenké plechy,dráty 315°C Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo Tenké plechy, plechy, tyče, Spojovací prvky, zařízeni (Beta C) ingoty, dráty, roury, pro geotermální vrty, průlisky,odlitky Ti-10V-2Fe-3Al Tenké plechy, plechy, tyče, Vysoká pevnost a Pro požadavky na ingoty, dráty,výkovky tažnost, homogenní tahové Jen do 315°C vlastnosti na povrchu i v objemu materiálu Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn Tenké plechy,pásy,plechy Vysoká pevnost, tvařitel- Spony, konzoly, péra, (Ti-15-3) nost zastudena, dobrá láhve hasicích přístrojů,.. svařitelnost Ti-15Mo-3Al-2,7Nb-0,2Si Výborná odolnost proti Části kabin a výfuků oxidaci do 650°C a creepu Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr Výkovky (Ti-17)

ZIRKONIUM Fyzikální vlastnosti Relativní atomová hmotnost Struktura Mřížková konstanta Hustota Teplota tavení Skupenské teplo tání Modul pružnosti v tahu Nízký účinný průřez pro tepelné neutrony σn

91,22 do 863°C HTU (α-Zr) nad 863°C KSC (β-Zr) HTU: a = 0,3232 nm, c = 0,5147 nm c/a = 1,5925 6,49.103 kg/m3 1855°C 14,0 kJ/mol 68 GPa (podle různých autorů i 88, 97 GPa) 0,184.10-28 m2

náchylnost k absorpci plynů a metaloidů za vyšších teplot (O, H, N, C) (Obdobně jako Ti ) výborné protikorozní vlastnosti odolává působení většiny běžných minerálních kyselin i roztoků alkalických hydroxidů dobré mechanické vlastnosti (Tab.1) © 2007-13 Monika Losertová FMMI, VŠB-TU Ostrava

20


Aplikace Sloučeniny V roce 1995 bylo komerčně upraveno celkem 900 tisíc tun rud Zr, převážně ve formě zirkonu (ZrSiO4), který je tvrdý a odolný vůči vysokým teplotám a chemickým činidlům, takže jeho největší přímé využití je pro vysokoteplotní aplikace nebo v kontaktu s roztavenými materiály. Zirkon (ZrSiO4) se využívá rovněž ve zlatnictví. Oxid Zr (ZrO2) se využívá na tavicí kelímky, žáruvzdorný materiál do pecí nebo po slinování na keramické nože. kovové Zr - menší množství ZrSiO4 je redukováno na kovové Zr s možným použitím: 1) getr ve vakuových trubicích, rozbušky Vysoká reaktivita s metaloidy a plyny při vysokých teplotách – 2) legující příměs ve slitinách pro silně korozní prostředí 3) zvyšuje pevnost u slitin (superslitiny, intermetalické slitiny) 4) složkou protikorozních ochranných vrstev 5) Zr slitiny pro obálky palivových článků do jaderných reaktorů (nízký účinný průřez) - slitiny typu Zircaloy. AVŠAK: nutno oddělit od Hf (které má naopak vysoký účinný průřez), cp-Zr obsahuje obvykle 1–2,5% Hf Příklad slitin • Zircaloy 1 - s 2,5% Sn • Zircaloy 2 - s 1,20-1,70%Sn, 0,05-0,15% % Cr, 0,07-0,20%Fe, 0,03-0,08% Ni, 0,01% Hf. • Zircaloy 4 - s 1,45% Sn, 0,21% Fe, 0,1% Cr, 0,01% Hf. Vlastnosti slitiny - zlepšeny přídavkem malého množství Ni. Nejpoužívanější ze skupiny slitin je Zircaloy 2, která je nejvhodnějším povlakovým materiálem u PWR a BWR rektorů. Zachovává si vlastnosti i ve vodě při teplotách 315°C až 360°C a v páře do 400°C.

HAFNIUM Fyzikální vlastnosti Relativní atomová hmotnost Struktura Mřížková konstanta Hustota Teplota tavení Skupenské teplo tání Modul pružnosti v tahu Vysoký účinný průřez pro tepelné neutrony σn

178,5 do 1760°C HTU (α-Hf) Nad 1760°C KSC (β-Hf) HTU: a = 0,31964 nm, c = 0,50511 nm c/a = 1,5802 13,1.103 kg/m3 2231°C 27,2 kJ/mol 78 GPa 104.10-28 m2

Mechanické vlastnosti - (Tab.1) Aplikace hlavním limitujícím faktorem pro širší uplatnění je cena Hf. podobnost vlastností se Zr umožňuje jeho obdobné aplikace jako legujícího prvku ve slitinách nebo getru do žárovek. naopak vysoký účinný průřez pro tepelné neutrony jej předurčují pro aplikace kontrolních tyčí pro jaderné reaktory.

VANAD Fyzikální vlastnosti Relativní atomová hmotnost Struktura Mřížková konstanta Hustota Teplota tavení

50,94 KPC 0,3026 nm 6,11.103 kg/m3 1902°C


21


Skupenské teplo tání Koeficient tepelné roztažnosti Tepelná vodivost Elektrická vodivost Modul pružnosti v tahu Tc supravodivosti

16,02 kJ/mol 6,15. 10-6 m/m/°C 30,7 W/m.K 0,0489.106/Ωcm 128 GPa 5,13 K

Korozivzdornost Dobrá odolnost proti zásadám, kyselině sírové a chlorovodíkové, proti slané vodě, rychle oxiduje při teplotách nad 600 °C.

Mechanické vlastnosti V čistém stavu je měkké a tvárné. Dobrá pevnost v tahu (Tab.1).

Aplikace Vanad : - 80 % je v současnosti použito jako ferrovanad nebo jako legura do ocelí a do Ti slitin; - pouzdra pro použití v jaderné technice, v neutronové difrakci. Slitiny: - V-Al - pro letecké aplikace- součásti proudových motorů a trupu letadel, lékařské implantáty, vojenská bojová technika, sportovní potřeby,.. - V-Ti - pro pláště raket, skříně proudových motorů, komponenty do nukleárních reaktorů. Ostatní : - V- katalyzátor- nahrazuje Pt při výrobě H2SO4. - redukční činidla, - V2O5 - v keramice, - katalyzátory

MOLYBDEN Z celkové roční produkce 90 tisíc tun je jen asi 7 tisíc tun použito jako čistého kovu nebo v jeho slitinách. Dříve byl Mo používán jen jako ferromolybden v ocelářství pro nerezavějící oceli. Dnes je pro jedinečnou kombinaci fyzikálních, chemických a mechanických vlastností rovněž vhodným materiálem pro použití při výrobě skla, v leteckém průmyslu a špičkové elektronice.

Fyzikální vlastnosti Relativní atomová hmotnost Struktura Mřížková konstanta Hustota Teplota tavení

95,9 KSC 0,3147 nm 10,22.103 kg/m3 2610 (2623)°C

Kombinace tepelné vodivosti a specifického tepla ⇒ materiál je vhodný pro součásti odolávající tepelným šokům a únavě. Vysoká tepelná vodivost a roztažnost blízká křemíku (tab.1) ⇒ ideální materiál pro odvod tepla z polovodičových výkonových prvků.

Mechanické vlastnosti Re a W molybden výrazně zpevňují.

Aplikace •

• • • • •

legura : do ocelí, litin, superslitin – zvyšuje vytvrditelnost, houževnatost, odolnost proti otěru, korozi a pevnost a creepovou odolnost při vysokých teplotách elektrické a elektronické součástky-pokovování tenkými vrstvami součásti letadel a hlavice raket vysokoteplotní součásti pecních zařízení nástroje pro tváření za tepla vrtné tyče


22


• • • •

termočlánky aplikace v jaderné energetice zařízení odolné proti korozi součásti pecních zařízení pro tavení skla

Příklady složení : Mo (99,95 hm.%) – topné články a součásti pro vakuové pece, elektrody pro tavení skla, elektronická zařízení, chladiče Slitiny: Mo-0,5 hm.% Ti-0,08 hm.% Zr-0,03 hm.% C Mo-(41-47,5) hm.% Re - velmi nízká teplota přechodu H-K Mo-(10-30) hm.% W – chemicky odolná – zařízení pro manipulaci s roztaveným Zn, má nižší cenu oproti čistému W, používanému v této aplikaci Mo-(1-1,5) hm.% Hf-(0,03-0,05) hm.% C- vyšší vysokoteplotní pevnost Mo-(0,5-1,5) hm.% La (jako La2O3)

WOLFRAM (tungsten) Průmyslová výroba wolframu (v západních zemích tungsten) se datuje od objevu žárovky s kovovým vláknem a od zavedení W koncem minulého století do ocelářství.

Fyzikální vlastnosti Relativní atomová hmotnost Struktura Mřížková konstanta Hustota Teplota tavení Skupenské teplo tání Koeficient tepelné roztažnosti Tepelná vodivost Elektrická vodivost Modul pružnosti v tahu Elektrický odpor při 2000°C

183,85 KSC 0,31647 nm 19,25.103 kg/m3 3 410 (3387, 3422) °C 184 kJ/kg nejnižší ze všech kovů 5,2.10 6 /K (1000°C) ; 57,3.106 /K (2000°C) poloviční než u Cu (viz Tab.1) 1/3 vodivosti Cu 350-520 GPa (největší ze všech kovů) vzroste 14x

Koroze, reakce s intersticiálními prvky – oxidace - vzdušná při teplotách 400-500°C, vznikající WO3 je málo stabilní, těká při teplotě 850°C a netvoří přirozenou ochranu kovu – ve vodních parách při 600-700°C, – nereaguje s vodíkem, – s dusíkem při teplotách nad 2000°C, – s uhlíkem nebo plyny obsahující uhlík – při teplotách 800-1000°C vznikají karbidy WC, W2C Mechanické vlastnosti Velmi vysoký modul objemové pružnosti, mechanické vlastnosti jsou silně teplotně závislé, mez kluzu i mez pevnosti s rostoucí teplotou klesají. Aplikace • vlákna do žárovek a rentgenek, • žhavicí vlákna jako zdroj elektronů pro elektronové mikroskopy SEM a TEM, • konektory pro desky s plošnými spoji • vlákna větších rozměrů jsou používána jako topné články do vakuových pecí • termočlánky • WC přidáván do tvrdokovů. Slitiny: Legovaný W (15 ppm Al, 90 ppm K a 50 ppm Si) - vlákna do žárovek Slitiny zpevněné tuhým roztokem – 2-20% Mo - Mo zjemňuje zrno, snižuje teplotu tavení-možno připravovat klasickým tavením. © 2007-13 Monika Losertová FMMI, VŠB-TU Ostrava

23


1-25 % Re –Re zvyšuje plasticitu, snižují teplotu přechodu H-K stav a zvyšují rekrystalizační T Disperzně zpevněné W (-Re) slitiny (1-2% ThO2 nebo HfC) – letecké součásti Těžké slitiny (pseudoslitiny) na bázi W-Cu-Ni nebo W-Ni-Fe – pro vyrovnávací závaží a váhy, elektrické kontakty, materiál pro odvod tepla, podkaliberní střely

NIOB (columbium) Fyzikální vlastnosti Relativní atomová hmotnost Struktura Mřížková konstanta Hustota Teplota tavení Koeficient tepelné roztažnosti Modul pružnosti v tahu

92,9 KSC 0,303 nm 8,57.103 kg/m3 2468 (2477)°C 7,3 μm/m.K 103 GPa

Reakce s intersticiálními prvky - oxidace - nad 425°C ⇒ pro vysokoteplotní použití v kosmickém a leteckém průmyslu povlakovány (Si-20Cr-20Fe), čímž se umožní funkčnost slitiny až do 1650°C. Korozivzdornost Extrémně stabilní v mnoha korozních prostředích organických a minerálních kyselin (s výjimkou HF).

Aplikace -

jako legura- více jak 90 % Nb do ocelí a Ni-superslitin Nb slitiny - 5 % vyrobeného kovu ⇒ vysokoteplotní slitiny pro jadernou techniku – konstrukce reaktorů, pláště uranových tyčí; kosmický a letecký program - konstrukce raket, nadzvukových letadel; elektrotechnika - supravodičové slitiny (Nb3Sn, Nb3Ge), kondenzátory (levnější než Ta), aj.

RENIUM Fyzikální vlastnosti Relativní atomová hmotnost Struktura Mřížková konstanta Hustota Teplota tavení Modul pružnosti v tahu

186 HTU a=0,2761 nm, c=0,4456 nm 21.103 kg/m3 3180 (3186)°C 463 GPa

Reakce s intersticiálními prvky velká náchylnost k oxidaci - vzdušná nad 600°C ⇒ vysokoteplotní degradace Vlastnosti Re jsou silně závislé na čistotě.

Aplikace Pt-Re jako katalyzátory TANTAL

Fyzikální vlastnosti Relativní atomová hmotnost Struktura Mřížková konstanta Hustota Teplota tavení


181 KSC 0,3031 nm 16,6.103 kg/m3 2296 (3017)°C

24


Reakce s intersticiálními prvky : – relativně dobrá tolerance – oxidace na vzduchu – nad 300 °C

Technologické vlastnosti Výborná tažnost (20%), dobře svařitelný, velmi nízká teplota přechodu H-K (-250°C), relativně velkou rozpustnost vysokotavitelných a reakčních prvků.

Aplikace Roční spotřeba Ta je 900 tisíc kg – v elektrotechnickém průmyslu (66%) (např. Ta kondenzátory pro mobilní telefony) – řezné nástroje (22%), – vysokoteplotní zpevňující přísada do superslitin (6%), – chemický průmysl (3%) – výměníky tepla, kondenzátory, kotle – biokompatibilní materiál Slitiny

Ta-10W, Ta-8W-2Hf (T-111), Ta-10W-2,5Hf-0,01C (T-222) - slitiny pro chemický, kosmický a letecký vojenský průmysl Ta-Nb Ta-20Ti – slitina pro kontejnery na roztavené Pu

Tab. 4 Srovnání vybraných fyzikálních vlastností vysokotavitelných kovů a dalších materiálů [2, 3 ] Materiál Fe Ni Cu Al Mo W Ta Nb Re V Si Al2O3 BeO AlN

Teplota tání [°C] 1538 1455 1085 660 2623 3422 3017 2477 3186 1910 1414 2054 2507 3000

El.odpor [μΩ.cm] 9,7 7,0 1,7 2,65 5,0 5,0 13,0 15,0 20,0 20,0 105 -

Tepelná vodivost [W/(m.K)] 80 91 400 235 139 170 57 54 31 31 150 20 240 70-250


Tepelná roztažnost .106 [K-1] 11,8 13,3 16,5 23,1 4,8 4,5 6,3 7,3 6,2 8,4 2,6 7,3 7,5 4,6

Hustota [kg/m3] 7,87.103 8,91.103 8,92.103 2,7.103 10,28.103 19,25.103 16,65.103 8,57.103 21,02 6,11.103 2,33.103 4,0 3,01 3,55

Měrná tepelná kapacita [kJ/(kg.K)] 0,447 0,471 0,494 0,900 0,276 0,131 0,139 0,27 0,713 0,77 1,01 0,72

25


Tab. 5 Přehled slitin VTK s komerčním názvem a složením

Název slitiny

Složení

Zdroj literatury: [1] [2] [3] [4]

Metal Handbook. DESK Edition, ASM International, 1998,1520 s., ISBN0-87170-654-7 Internet: www.webelements.com,) Shields J.A. Jr., Baker E.L. Advanced Materials and Processes,1/99, s.61 Titanium and Titanium Alloys. Fundamentals and Applications Ed. by Cristoph Leyens and Manfréd Peters. WileyVCH GmbH&Co.KGaA, 2003. ISBN 3-527-30534-3 [5] Cardarelli F.: Materials Handbook. A Concise Desktop Reference. 2nd Edition 2008 Springer-Verlag London Limited ISBN 978-1-84628-668-1


26


INTERMETALICKÉ SLOUČENINY (IMC) Definice intermetalika = sloučeniny kovů • jejichž krystalografická struktura je odlišná od základních kovů, • uspořádání na dlouhé vzdálenosti, • úzké rozmezí koncentrací okolo stechiometrického poměru

vynikající vlastnosti ⇒ různé oblasti techniky, zejm. vysokoteplotní aplikace.

Struktura Vazby - mezi nestejnými atomy jsou pevnější než mezi atomy téhož druhu ⇒ zvláštní krystalografické struktury (atomy stejného druhu uspořádány v určitých preferenčních polohách obklopeny atomy druhého prvku)

Krystalografická struktura

pevnost a ⇐ charakter vazby

⇐

elektronová konfigurace

Vztah mezi typem struktury a vlastnostmi atomů základních prvků však není tak jednoduchý. Typy fází a struktur jsou určovány podle různých kritérií. Intermetalika - nehomogenní skupina materiálů - zahrnují rozdílné fáze, které se liší vazbou, krystalografickou strukturou a vlastnostmi. Struktura hranic zrn Hraje velmi důležitou roli u mnoha vlastností polykrystalického materiálu IMCs: mechanické vlastnosti, rekrystalizace, elektrická vodivost, odolnost vůči korozi. •

Čistota materiálu – chemické složení hranic zrn a v jejich blízkosti

•

Segregace cizích prvků a příměsí na HZ (B, S, H)

•

Uspořádání uvnitř zrna x na hranicích zrn – normální vazby mezi různými atomy nemusí být zachovány, nebo naopak deformovány, mohou vznikat vazby mezi stejnými atomy

Kritéria výběru Vývoj materiálu na bázi určitého intermetalika je prováděn se zřetelem na specifické použití, tzn. intermetalická fáze musí splňovat určité vlastnosti (mechanické, magnetické, funkční, fyzikální…) -

dostatečně vysoká teplota tání (limitní teplota pro konstrukční aplikace je 0,75 TM u tradičních materiálů) příznivá hustota (příznivou specifickou pevnost- poměr pevnosti a hustoty) nepříznivá vlastnost – křehkost, je však mnohem nižší než u keramiky


27


-

odolnost vůči korozi – legování (Cr, Al, Si) a mikrolegování (Ti, Zr, Hf) – kompaktnost a odolnost vzniklých ochranných povlaků

Křehkost IMC -

kritickým problémem - omezuje jejich zpracování a použití (porušení za normální teploty při vrypu a při lehkém úderu kladiva).

-

avšak křehkost u IMCs je pořád mnohem nižší než u keramiky (vazby mezi atomy u IMCs kovové, u keramiky jsou primárně kovalentní nebo iontové).

Konkrétní příklady aplikací: 1. Konstrukční aplikace Ni3Al NiAl Ti3Al TiAl FeAl Fe3Al Co3Al, Ni3Si a další L12 Silicidy Intermetalické kompozity 2. Elektromagnetické aplikace Magnety Měkké magnety – vysoká permeabilita Tvrdé magnety – vysoce výkonné 3. Polovodiče –sloučeniny (GaAs, CdTe,…) 4. Supravodiče –sloučeniny (Nb3Sn, Nb3Ge, V3Ga, La3In, Ti3Sb, Zr80Sn20, V3Ga, V3Si, V~3Ge, V77As23,Nb3Al, Nb3Ga, Nb3Sn Nb-Si, Nb-Sb, Ta85Pt15, Ta~80Au20, Mo40Tc60, Mo3Al, Mo3Ga, Mo77Si23, a další) 5. Optické aplikace 6. Magnetooptické aplikace 7. Termoelektrické a elektrické aplikace 8. Aplikace v chemii a metalurgii 1. Hydridy a jejich aplikace (sloučeniny na bázi Ti, Mg-Ni, Ti-Zr, aj) 2. Vysokoteplotní povlaky pro plynové turbíny 3. Metalurgická výroba 9. Ostatní aplikace 1. Slitiny s tvarovou pamětí 2. Zlatnictví 3. Dentální slitiny 4. Difúzní bariéry 5. Akumulace tepla


28


1. Konstrukční aplikace Aluminidy -

obsah Al : 10-30 hm.% - na povrchu vzniká kontinuální oxidická vrstva Al2O3 (odolnosti vůči oxidaci a nauhličení při vyšších teplotách - 1000 °C a příp. vyšších) na rozdíl od klasických ocelí a Ni-superslitin není nutná pro ochranu před oxidací a korozí přítomnost Cr Al2O3 je při vysokých teplotách stabilnější než Cr2O3 chemické složení mnohem jednodušší než u superslitin krystalové struktury s uspořádáním na dlouhé vzdálenosti (supermřížky) mají nižší hustotu a vyšší teplotu tavení než superslitiny zajímavé vlastnosti (např. u některých IMC roste mez kluzu s teplotou, což činí z těchto slitin ideální materiál pro vysokoteplotní použití, u dalších je vynikající specifická pevnost a odolnost vůči nasíření, vysoký elektrický odpor).

Ni3Al

Základní fyzikální vlastnosti binárního stechiometrického Ni3Al :

Hustota: Teplota tavení: Typ krystalické struktury:

7,5 .103 [kg.m-3] cca 1383 °C L12

Přesná teplota tavení zatím nemůže být uvedena vzhledem k rozporným názorům na mechanismus tuhnutí. -

-

odolné vůči oxidaci (přilnavý ochranný oxidický film) zůstává uspořádaná v relativně širokém rozmezí složení vykazuje značnou rozpustnost příměsí pevnost Ni3Al je srovnatelná s klasickými superslitinami avšak jejich hustota je o 10 % nižší. mez kluzu - pro polykrystalické stechiometrické Ni3Al nízká, pohybuje se od 50 MPa (-204 °C) do cca 70-80 MPa (25 °C). anomální nárůst meze kluzu s teplotou až do kritické teploty TP (600 až 800 °C pro polykrystalické Ni3Al). Zatím nejlepší objasnění anomální teplotní závislosti meze kluzu u Ni3Al podává teorie založená na kombinaci primárně oktaedrického, kubického příčného a primárně kubického skluzu s rostoucí teplotou. Všechny substituční prvky, s výjimkou Cr, zvyšují mez kluzu, avšak v některých případech je vlivem příměsí snížena kritická teplota TP. mez pevnosti - řádově cca 200 MPa (vyšších hodnot dosaženo legováním ternárními prvky)

křehkost v polykrystalickém monofázovém stavu - polykrystalická, nelegovaná a stechiometrická slitina vykazuje křehký interkrystalický lom po cca 2 % prodloužení. legování - Aoki a Izumi (1979) - přídavek velmi malého množství B k Ni3Al (řádově v ppm) ⇒ tažnost za pokojové teploty v polykrystalickém stavu : ze 2% až na 50%. Další poznatky : obsah hliníku se musí pohybovat něco málo pod 25 at.% ⇒ hypostechiometrické složení Ni3+xAl1-x Požadavky na slitiny na bázi Ni3Al musí v sobě zahrnovat: •

• • •

•

odolnost vůči oxidačním a nauhličovacím prostředím při teplotách do 1100°C ; Vysoká pevnost a zároveň výborná odolnost vůči oxidaci při středních pracovních teplotách (od 700 do 900 °C), kdy byl u mnoha slitin zjištěn pokles v tažnosti, se zajišťuje nahrazením části obsahu hliníku chrómem, čímž se podpoří vznik ochranného oxidického filmu, který se při těchto teplotách tvoří dostatečně rychle. vysoká mez kluzu od 650 do 1100°C v tahu i tlaku oproti superslitinám vyšší odolnost vůči únavě materiálu než mají superslitiny, vyplývající z nepřítomnosti sekundárních fází (karbidů) vysoká pevnost při tečení, která závisí na velikosti zrn (požadavek hrubozrnné struktury) vynikající otěruvzdornost při vysokých teplotách (nad 600°C), roste s teplotou


29

učební text pro předmět Úvod do nauky o materiálu •

vynikající odolnost vůči korozi, zajištěná díky ochrannému oxidickému povlaku, který se na povrchu slitiny tvoří.

TAB.1 Chemické složení slitin na bázi Ni3Al vhodné pro komerční využití

Slitina

IC-50 IC-218 IC-218Zr IC-221 IC-357

Obsah prvků [hm.%] Al

Cr

Fe

Zr

Mo

B

Ni

11,3 8,5 8,7 8,5 9,54

-7,8 8,1 7,8 6,95

----11,2

0,6 0,8 0,2 1,7 0,35

----1,28

0,02 0,02 0,02 0,02 0,02

zbytek zbytek zbytek zbytek zbytek

Ni (hm.%)

β

Teplota (°C)

γ′

Ni (at.%) Obr.1 Binární diagram systému Ni-Al dle Okamota, 1993.

Použití slitin :

• • • • • • •

•

ohřívací prostředek (exotermická reakce při vzniku Ni3Al) součásti pecí pro tepelná zpracování automobilových součástek (odolnost vůči nauhličovací atmosféře) válce v žíhacích pecích pro ocelové desky formy pro tlakové lití a kokily (příprava kovových skel) součásti dieselových motorů (písty a ventily, turbokompresory) speciální součásti pro letecký průmysl (lopatky turbín pro proudové motory) matrice pro lisování za tepla permanentních magnetických slitin Ni3Al jako matrice pro kompozity s boridovými, karbidickými, oxidickými nebo uhlíkovými částicemi nebo vlákny (řezné nástroje)


30


Srovnání slitin na bázi Ni3Al se superslitinami :

• •

•

lepší mechanické vlastnosti (mez kluzu a tvařitelnost, zejména za vysokých teplot). odolnost vůči únavě materiálu - vyšší při teplotách do 500°C odolnost vůči creepu je srovnatelná s většinou superslitin, avšak je nižší než vykazuje monokrystalická Ni superslitina, která se používá pro lopatky turbín tryskových motorů.

NiAl - nejznámější příklad intermetalických sloučenin se strukturou B2. Fyzikální vlastnosti Teplota tavení Typ krystalické struktury Hustota Tepelná vodivost Typ vazby Modul elasticity

1638 °C (kongruentně pro stechiometrické složení 50:50) B2 (modifikace KSC mřížky) 5,85 .103 [kg.m-3] (stechiometrie) od 5,35 103 kg.m-3 (s přebytkem Al) do 6,5 103 kg.m-3 (s přebytkem Ni) 76 W/m.K (za normální teploty) smíšený – v. kovová s příspěvkem kovalentní a iontové v. 235 GPa (pokojová teplota, stechiometrie) max. hodnotu dosahuje pro 48 at.% Al (souvislost s charakterem poruch v mřížce při odchylce od stechiometrie)

Vysoká odolnost vůči oxidaci Poměrně široká oblast homogenní existence fáze

(viz bin. diagram Ni-Al – obr.1)

pevná vazba mezi Ni a Al ⇒ vysoká fázová stabilita ⇒ teplota tavení vyšší než u konstitučních složek. existence silné Ni d – Al p hybridizace podél směru <111> mezi nejbližšími sousedními páry Ni-Al ⇒ vznik silné kovalentní vazby podél tohoto směru a slabého iontového odpuzování mezi druhými dvěma nejbližšími sousedními atomy podél směru <100> . Směrové vazby - superponovány kovovou vazbou.

-

⇒ tento typ vazby je pokládán za příčinu anizotropie mechanických vlastností. Mechanické vlastnosti Mez kluzu polykrystalického NiAl příspěvek ternárního prvku ke zpevnění ⇒ zpevnění tuhým roztokem. Pevnost a tažnost - velmi anizotropní Lomová houževnatost - závisí na orientaci a teplotě Plastické chování silně závisí na stechiometrii a obsahu nečistot a legur, zejména intersticiálních prvků. Pro NiAl jsou typické obsahy : 40-80 hm.ppm O a C, 1-5 hm.ppm S, P a N, 1000 hm.ppm Si , ≥ 300 hm.ppm B, C. Nízkocyklové i vysokocyklové únavové chování – - obdobné jako u Ni superslitin Korozní vlastnosti - binární NiAl ⇒ kontinuální ochranná vrstva Al2O3 v širokém rozmezí teplot a koncentrací v monofázové oblasti existence. ⇒ Materiál byl dlouho využíván pro povlakování součástí pracujících v korozních prostředích. - odolnost proto oxidaci lze zvýšit přídavkem Y nebo dalších prvků (Hf, Zr).


31

učební text pro předmět Úvod do nauky o materiálu Příklad slitiny: Složení : Ni - (49,0 ± 0,6)Al - (1,0±0,8)Mo - (0,7±0,5)Nb/Ta/Zr/Hf - (0-0,5)Fe - (0,01-0,03)B/C Příprava: Tavení, lití, protlačování za tepla (900-1050 °C) ⇒ výsledná pevnost Rm 700 MPa při pokojové teplotě 350 MPa při 1000 °C. Avšak creepová pevnost je při 816 °C na vzduchu nižší než pro binární NiAl. Použití NiAl - jako samostatného konstrukčního materiálu je omezeno ze dvou důvodů: • nízká odolnost proti porušení za normální teploty • nízká pevnost a odolnost proti creepu za zvýšených teplot

Ti3Al (α2 fáze v systému Ti-Al) Fyzikální vlastnosti Teplota stability Typ krystalické struktury Hustota Tepelná vodivost Modul elasticity

do 1090 °C pro stechiometrické složení 25 at.% Al hexagonální D019 4,2 .103 kg.m-3 (stechiometrie) od 4,1 do 4,7 103 kg.m-3 pro slitiny na bázi Ti3Al 7 W/m.K 149 GPa (26 at.% Al)

Poměrně široká oblast homogenní existence fáze (22-39 at.% Al) - podobně jako pro systém Ni-Al je stále ještě ve stavu upřesňování výskytu některých fází. Mechanické vlastnosti • Specifická pevnost a lomové chování je příznivější než u Ni-superslitin a klasických Ti-slitin i při teplotách 500-700 °C • Tažnost při Tpokoj - lze zvýšit přídavkem Nb (nad 10 at.%) nebo dalších stabilizátorů fáze β (Mo, Ta, V)– vzniká systém Ti-Al-Nb s různými typy struktur: − dvoufázová –fáze α2 + β − trojfázová –fáze α2 + β + O (distorzní forma fáze α2 na bázi Ti2AlNb) − dvoufázová –fáze O + β Použití - omezení: - tažnost za pokojové teploty - možno ovlivnit legováním - lomová houževnatost a tolerance k rázům - nepříznivá, lomový mechanismus poškození struktury α2 - štěpení. - silný vliv prostředí - silná oxidace/napětím indukované praskání na povrchu (i u slitin bázi Ti-Al-Nb)

TiAl (γ fáze v systému Ti-Al) Fyzikální vlastnosti Teplota tavení Typ krystalické struktury Hustota Tepelná vodivost Modul elasticity

1440 °C L10 3,7-4,0 .103 kg.m-3 (stechiometrie) 22 W/m.K 160-180 GPa (závisí na teplotě)

Mechanické vlastnosti

typ struktury (obsah Al + tepelném zpracování )

• •

⇒

tažnost creepová pevnost lomová houževnatost

Typy struktury: struktura tvořená γ fází duplexní struktura


32


• •

lamelární struktura (γ + α2) (odolnější proti creepu) další dvoufázové struktury – supersolvus (malé částice α v γ−fázi), – subtransus (transformovaná zrna s malými ostrůvky nerozpuštěné γ-fáze), – duální struktura (zrna γ a zrna α2), – Widmannstättenova struktura (jehlice α2 v zrnech γ )

přídavek Nb, Ta, W a Si ⇒ zvýší creepovou odolnost Korozní odolnost Odolnost proti oxidaci- výrazně zvýší přídavek vysokotavitelných kovů Nb, W, Mo a Ta. Max. obsahy intersticiálních prvků v γ fázi, α2 fáze může zvýšeně absorbovat tyto prvky (více Ti): Kyslík 500- 1000 ppm (přídavek Er sníží obsah kyslíku na 300 ppm) Dusík 20-50 ppm Uhlík 5-20 ppm Příklad složení komerčních slitin: Ti-48 at.% Al-1 at.%V-0,1 at.% C (V zvyšuje tažnost, C zlepšuje odolnost proti creepu) Ti-48 at.% Al-2 at.% Cr-2 at.% Nb 45-52 at.% Ti- 1-3 at.% (Cr,Mn,V)-2-4 at.% (Nb,Ta,Mo,W) Použití obzvlášť příznivá tuhost materiálu ⇒ aplikace výhodná v letectví : statory vysokotlakých kompresorů, lopatky nízkotlakých turbín, rotující části turbodmýchadla, spalovací ventily, … TAB.2 Srovnání vybraných vlastností pro slitiny Ti, Ti3Al, TiAl a Ni-superslitiny Vlastnost Ti-slitina Ti3Al TiAl Struktura A3/A2 D019 L10 Hustota Youngův modul pružnosti (Tpokoj) Mez kluzu (Tpokoj) Pevnost v tahu (Tpokoj) Teplotní limit pro creep Teplotní limit pro oxidaci Tažnost do lomu (Tpokoj) Tažnost do lomu (vysoké T) Lomová houževnatost KIc (Tpokoj)

[.103 kg/m3] [GPa] [MPa] [MPa] [°C] [°C] [%] [%] [MPa/m1/2]

4,5 95-115 380-1150 480-1200 600 600 10-25 12-50 vysoká

4,1-4,7 100-145 700-990 800-1140 760 650 2-10 10-20 13-42

3,8-4,0 160-180 400-650 450-800 1000 900 1-4 10-60 10-20

Ni-superslitina A1/L12 7,9-9,1 195-220 250-1310 620-1620 1090 1090 3-5 8-12,5 25

FeAl a Fe3Al

Fyzikální vlastnosti Teplota tavení kontinuálně klesá s obsahem Al až na 1250 °C pro 52 at.% Al Typ krystalické struktury FeAl - B2 (v rozmezí 35-50 at.% Al) Fe3Al - D03 (v těsné blízkost složení Fe-25 at.% Al) do 540°C, B2 při 540-760 °C, Nad 760 °C neuspořádaná struktura Hustota 5,4-6,7 .103 kg.m-3 Přednosti: - vysoká korozivzdornost (vznik Al2O3 vrstvy) v oxidačních i sulfatačních prostředích - nízká hustota oproti jiným konstrukčním IMC materiálům - nízká cena – díky úspoře strategických kovů


33

učební text pro předmět Úvod do nauky o materiálu avšak v nelegovaném stavu mají nepříznivé mechanické vlastnosti -

Mechanické vlastnosti nízká tažnost a lomová houževnatost při pokojové teplotě nízká pevnost při teplotách nad 600 °C citlivost na křehnutí vlivem prostředí

Legování: Fe3Al – přídavkem TiB2 se ⇒ • snižuje velikost zrn • zvyšuje tažnost rekrystalizovaného materiálu ze 2% na 5-7%, • zvyšuje teplota rekrystalizace z 650 na 1100 °C ⇒ umožňuje zachovat tažnost tvářeného materiálu za pokojových teplot i po vystavení teplotám 1000 °C; u těchto materiálů je tažnost při teplotách nad 600°C vysoká, což usnadňuje zpracování za tepla. • zvyšuje mez kluzu za pokojových i vyšších teplot - přídavkem Cr (2-6 at.%) se modifikuje složení povrchových vrstev a snižuje se tak možnost reakce mezi vodními parami a atomy Al - přídavkem Mo a Nb lze zvýšit tažnost za pokojové teploty až na 15% a mez kluzu na 500 MPa při 600 °C FeAl - přídavek B (0,05-0,2 at.%) ⇒ lze potlačit interkrystalický lom mírně zvýšit tažnost (3%) jen u Fe-40Al, zvýšit vysokoteplotní pevnost (zejm. s přídavkem Nb, Mo a Zr) -

-

Korozní vlastnosti slitiny na bázi Fe-Al mají v sulfatačních prostředích při 800 °C lepší protikorozní odolnost než tradiční Fe-CrNi (včetně povlakovaných) a slitiny na bázi Ni aluminidy s více než 30 % Al jsou odolné proti korozi v prostředí roztavených dusičnanů při 650 °C Použití systémy pro chemickou separaci vzduchu, výfukové systémy a pístové ventily do aut, ponorné ohřívače, tepelné výměníky, katalyzátorové nádrže a další systémy pro chemickou a petrochemickou výrobu a zušlechťování uhlí pro tepelné nástřiky různých chemických a petrochemických reakčních nádob (blízké koeficienty tepelné roztažnosti jako oceli) ⇒ účinná ochrana proti vysokoteplotní oxidaci, nauhličení a nasíření

Silicidy Základní charakteristiky a vybrané aplikace - vysokoteplotní konstrukční materiály ve špičkových kosmických aplikacích - topné články ve vysokoteplotních pecních zařízeních (Superkanthal) - ochranné vysokoteplotní povlaky zejména pro vysokotavitelné kovy - elektronika - produkty pokovování kontaktů a spojů v mikroelektronických zařízeních tenkými kovovými vrstvami (mají nižší elektrický odpor než polykrystalický křemík a jsou kompatibilní s křemíkovým substrátem ) - diody pro Schottkyho bariéry, odporové kontakty, pokovování řídících elektrod a spojů, CoSi2 a NiSi2 připravené epitaxním růstem pro tranzistory, silicidy Pt, Pd a Ir pro infračervené detektory - termoelektrické generátory (přeměňují solární energii na elektrickou) - využívají vysokého bodu tání a dobré oxidační odolnosti polovodičových disilicidů Cr, Mn a Fe - silicidy přechodových kovů (v první dlouhé periodě) jsou všechny paramagnetické s obdobnou susceptibilitou jako u elementárních přechodových kovů - silicidy těžších přechodových kovů jsou diamagnetické, zejména Zr, které vykazuje obzvláště velký diamagnetismus - Fe3Si a Fe5Si3 jsou ferromagnetické (u Fe3Si je Curieova teplota ~805 K) - některé silicidy patří mezi supravodiče (V3Si, CoSi2, Mo3Si, PtSi, PdSi a Th2Si3).

Rozdělení silicidů: 1) Silicidy přechodových kovů VIII. Skupiny Ni3Si, Fe3Si, CoSi2 a NiSi2 2) Silicidy vysokotavitelných kovů © 2007-13 Monika Losertová FMMI, VŠB-TU Ostrava

34


Disilicidy (MoSi2, WSi2, CrSi2, VSi2, NbSi2, TaSi2, (TiSi2 ,ZrSi2, HfSi2) 3) Multikomponentní silicidy systémy : Fe-Cr-Si, Zr-Mo-Si, Mo-Ni-Si, Mo-Si-C, kompozitní materiál MoSi2-s SiC whiskery TAB.3 Fyzikální vlastnosti vybraných silicidů Silicid Struktura Hustota TM 3 .10 [K] [kg/m3] A15 6,54 2043 Cr3Si A15 5,62 2198 V3Si C11b 6,2 2353 MoSi2 C11b 9,86 2438 WSi2 C40 5,00 1823 CrSi2 C40 4,63 2023 VSi2 D8m 5,27 2283 V5Si3 C54 4,39 1773 TiSi2 C1 4,95 1600 CoSi2 D88 4,32 2403 Ti5Si3

Modul elasticity E [GPa] 351 213 440 468 347 331 257 265 116 ~150

Smyk. modul G [GPa]

Poisson. číslo ν

137 81,9 191 204 147 142 101 115 -

0,286 0,298 0,15 0,14 0,18 0,167 0,271 -

Vysokoteplotní povlaky na bázi silicidů - odolnost proti oxidaci, menší proti nauhličení - MoSi2, WSi2, ReSi2, PtSi2 – kdy je kov ušlechtilejší než Si, nebo oxid kovu je prchavý, takže na kondenzované fázi zůstává jen SiO2. - NbSi2, TaSi2,TiSi2, ZrSi2, CrSi2 – slabší odolnost proti vysokoteplotní oxidaci je zlepšena přídavkem dalšího prvku - pro slitiny Nb jsou např. používány následující systémy: Cr-Ti-Si,V-Cr-Ti-Si, Cr-Si-Al. - pro superslitiny jsou používány systémy Mo-Si-Al-Cr-B Silicidy v elektronice - supravodiče a magnety – ternární silicidy na bázi Ce nebo U: CeCu2Si2, URu2Si2, CeRh2Si2, LaCu2Si2 např : URu2Si2- je první sloučenina, která vykazuje jak supravodivost, tak magnetické vlastnosti - mikroelektronika - Schottkyho bariéra a odporové kontakty po depozici tenké vrstvy kovu na Si substrát je zařazeno tepelné zpracování- vznikají silicidy na rozhraní kov-Si : TiSi2, CrSi2, ZrSi2, NiSi2, ErSi2, HoSi2, WSi2, GdSi2, YSi2, DySi2, CoSi2, TaSi2, HfSi, MnSi, NiSi, Pd2Si, IrSi, IrSi3 a další… - pro pokovování v integrovaných obvodech – nízký odpor a vysokoteplotní stabilita u spojů a řídících elektrod – nejnižší odpor TiSi2,(13-16 μΩ.cm) - silicidy pro epitaxní růst na Si substrátech – vznikají monokrystalické filmy s nízkým odporem a vyšší stabilitou a spolehlivostí než u polykrystalických silicidů ve spojích a kontaktech - infračervené detektory a sensory pro vojenské i civilní aplikace – založeny na silicidových Schotkyho diodách – PtSi a Pd2Si.

2. Elektromagnetické aplikace 1. Magnety 1.1 Měkké magnety – vysoká permeabilita Na bázi přechodových prvků Fe, Co, Ni v kombinací s Al,Si 78-Permalloy – s 78 hm.% Ni-složení blízké FeNi3 (L12) Isoperm – FeNi –využívá se jeho anizotropie po válcování Alfenol Fe3Al – struktura DO3, 12-16 hm.% Al Sendust Fe3(Al,Si)- 5 hm.%Al, 10 hm.%Si, 85 hm.% Fe ; Fe3Al i Fe3Si mají stejnou strukturu (viz silicidy) Permendur FeCo – struktura B2, magnetická jádra Boridy na bázi Co20Al3B6 – struktura D84, velmi vysoká tvrdost >1000 HV


35


1.2 Tvrdé magnety – vysoce výkonné 1.2.1 Velmi tenké kovové magnety Jeden nebo více prvků z Fe, Co, Ni (někdy Mn), v kombinací s dalšími prvky Cunife- 60 hm.% Cu, 20 hm.% Ni,20 hm.% Fe Cunico - 60 hm.% Cu, 20 hm.% Ni,20 hm.% Co Z technologických důvodů nelze vyrobit zpravidla tenké (ploché) magnety, neboť se jedná o spékané nebo odlévané výrobky. Výjimku tvoří tvařitelné slitiny s vlastnostmi trvalých magnetů: slitiny na bázi Cu-Ni-Fe, Cu-Ni-Co, Pt-Co, - již zastaralé Fe-Co-V a Fe-Cr-Co - dnes hojně vyráběny a používány. Díky tvařitelnosti za studena lze z těchto slitin vyrobit i velmi tenké pásy (až 0,25 mm) a dokonce i dráty. Navíc tvářením získají některé typy anizotropní vlastnosti, kdy ve směru tváření vykazují pronikavé zlepšení magnetických vlastností. Vlastnosti - Tvařitelné magneticky tvrdé materiály v surovém stavu (před tepelným zpracováním) - relativně měkké (HV cca 220) ⇒ lze je obrábět a tvářet všemi obvyklými způsoby. Po tepelném zpracování značně vzroste jejich tvrdost a křehkost. Použití - tenké pásy z tvařitelných magneticky tvrdých slitin ⇒ výroba miniaturních magnetů pro nejrůznější účely : informační displeje, magnety palubních přístrojů, indikační prvky, kompasy, atd. - z polotovarů ve tvaru tenkého pásu lze rovněž snadno vyrobit také tvarově složitější magnetické prvky (lisováním, ražením, vystřihováním, ohýbáním)

1.2.2 Slitinové magnety • •

Alnico – Al, Ni, Fe, + Co, Cu,Ti, Nb slitinové magnety na bázi AlNi a AlNiCo materiály s dlouholetou tradicí. i přes výrobu progresívních typů magnetů na bázi KVZ - zaujímají slitinové magnety stále významnou pozici na trhu. v průběhu vývoje dosáhly značného pokroku : magnetické parametry - byly vyvinuty anizotropní varianty, tvarové nároky aplikují se metody přesného odlévání.

Vlastnosti - výroba - slévárenskými technologiemi stejně jako speciální oceli. - materiál - relativně tvrdý, jeho obrábění (mimo broušení) - velmi obtížné. - mají po KVZ magnetech největší magnetickou energii, koercivitu i remanenci. - vysoká Curiova teplota ⇒ aplikace při zvýšených teplotách. Použití tradiční oblasti použití - elektromotory střední velikosti, generátory, reproduktory, akustické měniče, elektroměry, elektrické měřící přístroje, přídržné průmyslové systémy,…

1.2.3 Magnety na bázi kovů vzácných zemin ( KVZ nebo RE magnety) Přechodový kov-lantanid : Cu7Tb, Co5Sm, Přechodový kov – lantanid-metaloid :Fe14Nd2B, Fe14Nd2C, Fe17Sm2Nx, Co3GdB2, - nová generace permanentních magnetů na bázi prvků vzácných zemin, nejčastěji Sm nebo Nd - mají z dosud známých materiálů -největší magnetickou energii uloženou v jednotce objemu - vyrábějí se spékáním velmi jemně rozemletých substancí, neboť jejich přímé slévání není možné - základní typy mají směrné chemické složení : SmCo5, Sm2Co17 a Fe-Nd-B. - umožňují značnou miniaturizaci rozměrů, protože dosáhnou stejné přídržné síly při mnohem menších rozměrech než např. feritové magnety. © 2007-13 Monika Losertová FMMI, VŠB-TU Ostrava

36


Vlastnosti tvrdé a poměrně křehké - nutno mít na paměti zejména při manipulaci zmagnetovaných výrobků v blízkosti ostatních magnetů nebo feromagnetických materiálů (železa). Vyrábějí se v hotových tvarech, které lze mírně upravit broušením. Je však třeba dbát na to, aby se broušené plochy nezahřívaly (Curiova teplota u SmCo5 = 720°C, Sm2Co17 = 825°C, Fe-Nd-B = 310°C !) Použití Trvalé magnety na bázi KVZ mají řadu využití v aplikacích, kde je potřeba vyvinout silnou magnetickou interakci (přídržnou sílu) nebo tam, kde záleží na malých rozměrech. - rotory a statory motorů, lineární motory, magnetické spojky a brzdy, magnetické polarizátory tekutin, magnetické separátory, systémy proti zlodějům v obchodech. - automaty a roboty, automobily, kuchyňské stroje, pračky, myčky, náramkové hodinky, výpočetní technika apod. Příklad aplikace: • malý stejnosměrný motor, u kterého je magnetické pole statoru vytvářeno permanentními magnety : -

v kosmickém automatickém vozidle Sejourner při misi NASA na povrch planety Mars - vozidlo bylo poháněno a řízeno 11 motory Maxon RE16 o průměru 16 mm s převodovkami a snímači pohybu. technologie vyvinuté pro kosmické využití jsou nyní transformovány do nové řady průmyslových motorů nabízené pod označením RE-max, v 5 základních průměrech: 13, 17, 21, 24 a 29 mm. přínosem v technice pohonů jsou zde zejména velmi výkonné permanentní magnety z Nd umístěné uvnitř samonosného vinutí rotoru. Výkonnost magnetů a celkové konstrukční uspořádání jsou podkladem pro miniaturizaci motoru.

•

bezkartáčových stejnosměrných motorů (EC motory), u kterých je mechanický komutátor s kartáči nahrazen elektronickým řízením komutace, tj. přepínání proudu do sekcí vinutí podle úhlu natočení rotoru.

-

došlo rovněž k miniaturizaci ⇒ motorek o průměru 6 mm (firma MAXON, r.1999), jehož rozměry dávají předpoklad pro využití v lékařské technice (endoskopie, infúzní pumpy), montážních automatech pro elektrotechniku s povrchovou montáží, v letectví a dalších odvětvích špičkové techniky.

Ad 8. Aplikace v chemii a metalurgii HYDRIDY A JEJICH APLIKACE Mnoho kovů, tuhých roztoků, intermetalických sloučenin a amorfních slitin rozpouští určité množství vodíku v intersticiálních polohách a tvoří intersticiální tuhé roztoky, které mohou být koncentrované, ne však nutně stechiometrické. Pokud překročí vodík rozpustnost v základním kovu, vznikají: • binární hydridy - hydridy elementárních kovů • ternární hydridy - hydridy IMC nebo binárních slitin v metalurgii - se kovy musí chránit před křehnutím vodíkem, v tomto odvětví- hydridů kovů se využívá jako moderátorů v nukleárních reakcích, reverzibilních zásobníků vodíku pro výrobu energie (náhrada fosilních paliv) a katody v nabíjecích akumulátorech. TAB.4 Příklady intermetalických sloučenin tvořících hydridy: Skupina

Prototyp

AB5 AB2

LaNi5 ZrMn2,TiMn2 ZrCr2,ZrV2

AB A2B

TiFe Mg2Ni Ti2Ni Ti2Ni-TiNi

A2B-AB


Typ krystalové struktury CaCu5, D2d MgZn2, C14 MgCu2, C15 (Lavesovy f.) CsCl, B2 Mg2NiCa Ti2Ni Multifázová slit.

Hydrid/Deuterid LaNi5H6,5 ZrMn2D3 , TiMn2D3 ZrCr2H3,8 , ZrV2H4,9 TiFeH, TiFeH1,9 Mg2NiH4 Ti2NiH Ti2NiH, TiNiH 37


Rozdíly ve fyzikálních a chemických vlastnostech hydridů IMC ve srovnání s vlastnostmi binárních hydridů: 1) intermetalika jsou mnohem reaktivnější s vodíkem a méně citlivější na nečistoty v plynu 2) křehká intermetalika se po absorpci vodíku a následné expanzi mřížky snadno rozpadají na prášek 3) vazba s vodíkem (entalpie vzniku hydridu) probíhá prostřednictvím substitucí nebo nestechiometrických směsí 4) geometrická a chemická různorodost intersticiálních poloh je mnohem větší V uvažovaných aplikacích reálných hydridů jsou sledovány tyto vlastnosti: 1. Rovnovážný tlak absorpce je vyšší než rovnovážný tlak desorpce, tzn.existuje statická hystereze, která má svůj původ v hysterezi elastických vlastností a hraje roli při expanzi a kontrakci mřížky. Další (dynamická) hystereze je možná, když PCT křivky jsou měřeny rychleji než systém kov-H dosáhne rovnovážného tepelného stavu. 2. Plató přechodu z α-β fáze není ploché, ale naopak vykazuje určitý sklon. Tento sklon odráží stav, že vodíkové atomy neobsazují intersticiální polohy jen stejné velikosti, ale dochází k jejich náhodnému rozdělení. 3. Některé hydridy IMC mohou být termodynamicky metastabilní a mají tendenci vytvořit disproporcionální fáze, velmi stabilní hydridy a další sloučeninu nebo hydridy, např.: LaNi5H6,5 =>LaH2 + další hydridy - tato reakce vyžaduje difúzi atomu kovu ⇒ její význam při pokojových teplotách omezený - během cyklického sycení při vyšších teplotách - tento jev může být příčinou degradace křivek PCT ⇒ nutné zvolit vhodné IMC a cyklus sycení. Se zřetelem na požadované vlastnosti lze aplikace hydridů intermetalik rozdělit do 3 oblastí: 1) Otevřený plynový systém: a) stacionární zásobníky vodíku jako paliva např. kontejnery z 10 tun IMC typu AB2 (Ti0,98Zr0,02V0,43Fe0,09Cr0,05Mn1,5) o obsahu 2000 m3, které mohou být nasyceny a odvodíkovány během 1h. (výrobce Mannesmann) b) mobilní zásobníky vodíku používaného jako paliva v automobilovém průmyslu např. počátkem 90. let Daimler Benz prováděl pokusy s vodíkovým pohonem automobilů, na vzdálenost více než 600 tisíc km připadlo 8 tisíc natankování (po 75km), znovunaplnění probíhalo od 20 do 95 % během 10 minut prostřednictvím reakčního výměníku tepla. D-B patentoval speciální hexagonální AB2 IMC: Ti0,98Zr0,02V0,43Fe0,09Cr0,05Mn1,5, která absorbuje jen do 2 hm.% H při 300K. c) izotopová separace Deuterium a tritium, izotopy vodíku, reagují s kovem nebo intermetalikem schopným tvořit hydridy za vzniku deuteridů a tritidů, které mají kromě určitých společných vlastností s hydridy příslušného základního kovu nebo IMC, rovněž mnoho rozdílných fyzikálních a chemických vlastností (efekt izotopů, hmotnostně ovlivněná difúze), čehož se využívá při separaci izotopů. d) čištění H2 (a D2, T2) pro laboratorní účely – lze dosáhnout úrovně nečistot ve vodíku řádově 10 nebo 100 ppb. 2) Uzavřený plynový systém - Uzavřená smyčka systému IMC-vodík pracující při kompresi, přenosu tepla nebo jako teplotní senzory - je plněna vodíkem jen jednou. - Neprobíhá tak neustálé poškozování nečistotami z plynu. - Vyžaduje se však dobrý přenos tepla a dobrá fázová stabilita proti vzniku disproporcionalit. a) tepelné stroje b) tepelná čerpadla, akumulace tepla c) chladiče d) pohony, aktuátory

3) Elektrochemické články - elektrody v sekundárních článcích © 2007-13 Monika Losertová FMMI, VŠB-TU Ostrava

38


Použitá literatura [1] Intermetallic compounds. Principles and practice. Vol.1. a Vol.2 Ed. by Westbrook J.H.-Fleischer R.L., John Wiley&Sons, 1995, 1033 s. a 752 s.

[2] Pope D. P. a Ezz S. S.: Mechanical properties of Ni3Al and nickel-base alloys with high volume fraction of γ‘, International Metals Reviews, 29,1984, s.136–167.

[3] Deevi S.C., Sikka V.K.: Intermetallics, 4, 1996, s.357-375 [4] Sauthoff G.: Intermetallics, VCH Verlagsgesellschaft mbH, 1995, 159 s. [5] Sikka V.K. et al.: Intermetallics, 8, 2000, s.1329-1337


39

NIKL. Fyzikální vlastnosti niklu Relativní atomová hmotnost Struktura

Recommend Documents