โลหะผสมนิกเกิล Monel 400

โลหะผสมโมเนลเป็นโลหะผสมที่มีพื้นฐานจาก Ni องค์ประกอบทางเคมีหลักคือนิกเกิล (Ni) ปริมาณสูงสุดสูงถึง 67% องค์ประกอบทางเคมีหลักอื่น ๆ คือทองแดง (Cu) และยังประกอบด้วยเหล็กจำนวนเล็กน้อย (Fe) แมงกานีส (Mn) และคาร์บอน (C) ซิลิคอน (Si) และธาตุอื่นๆ

ความแข็งแรงของโลหะผสม Monel นั้นสูงกว่านิกเกิลบริสุทธิ์ และสามารถทนต่อการกัดกร่อนของตัวกลางต่าง ๆ รวมถึงน้ำทะเลที่ไหลเร็ว วิธีการประมวลผลของโลหะผสม Monel ได้แก่ การทำงานร้อน การทำงานเย็น การตัดเฉือน และการเชื่อม

ในปี 1901 Robert Crooks Stanley นักโลหะวิทยาที่ International Nickel Company (INCO) ได้สร้างโลหะผสม Monel

แหล่งที่มาของชื่อโลหะผสมโมเนลนั้นมาจากข้อมูลที่แสดงความเคารพต่อประธานบริษัทในขณะนั้น แอมโบรส โมเนล (Ambrose Monell) ต่อมานายสแตนลีย์ยังดำรงตำแหน่งประธานของ International Nickel Corporation อีกด้วย โลหะผสมโมเนลได้รับสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2449

โลหะผสมโมเนลเป็นโลหะผสมที่มีราคาแพงซึ่งมีราคาเป็น 5-10 เท่าของทองแดงบริสุทธิ์และนิกเกิลบริสุทธิ์ ดังนั้นจึงใช้เฉพาะในแอปพลิเคชันที่ไม่สามารถทดแทนด้วยทางเลือกราคาถูกได้

 

ปุ๋ยหมักทางเคมีและคุณสมบัติทางกลของโลหะผสม Monel 400 (N0440):

 

องค์ประกอบทางเคมีของโลหะผสมโมเนล 400 (%)
ค ≤	ศรี ≤	มิน ≤	พี ≤	ส ≤	Cr ≥	พรรณี ≥	โม ≥	ลูกบาศ์ก ≤
0.3	0.5	2	-	0.024	-	63	-	28.0-34.0
คนอื่น	ยังไม่มีข้อความ ≤	ล≤	ไท ≤	ฉ อี≤	ร่วม ≤	วี ≤	ว ≤	ยังไม่มีข้อความ ≤
	-	-	-	2.5	-	-	-	-

1. ความต้านทานแรงดึงของโลหะผสม Monel 400 (N04400): σb ≥ 450 Mpa
2. ความแข็งแรงของผลผลิตโลหะผสม Monel 400 (N04400): σb ≥ 170 Mpa
3. การยืดตัวของโลหะผสม Monel 400 (N04400): δ ≥ 30%

 

คุณสมบัติของโมเนลอัลลอย

โลหะผสมโมเนลเป็นโลหะผสมไบนารี่ของสารละลายที่เป็นของแข็ง เนื่องจาก Ni และ Cu ละลายซึ่งกันและกัน จึงเป็นโลหะผสมแบบเฟสเดียวด้วย เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กแล้ว การกลึงโลหะผสม Monel เป็นเรื่องยาก โดยมีสาเหตุหลักมาจากลักษณะการชุบแข็งที่รวดเร็ว ต้องหมุนด้วยความเร็วต่ำและอัตราป้อนต่ำ

ความหนาแน่นของโลหะผสม Monel 400 คือ 8.80 g/cm3 ช่วงอุณหภูมิหลอมเหลวอยู่ที่ 1300~1350 °C ค่าการนำไฟฟ้าประมาณ 34% IACS (IACS หมายถึงค่าการนำไฟฟ้ามาตรฐานสากลของทองแดงอบอ่อน) และค่าความแข็งอบอ่อนคือ 65 HRB. โมเนลอัลลอยด์ 400 เป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องความเหนียวและสามารถรักษาความเหนียวนี้ได้ในช่วงอุณหภูมิที่ค่อนข้างมาก

สามารถทนต่อการกัดกร่อนของกรดและด่างต่างๆ ได้ และโลหะผสม Monel บางชนิดก็สามารถทนต่อการเผาไหม้ของออกซิเจนบริสุทธิ์ได้ มักใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง โลหะผสม Monel K-500 เกิดขึ้นหลังจากเติมอลูมิเนียม (Al) และไทเทเนียม (Ti) ในปริมาณเล็กน้อย มีความต้านทานการกัดกร่อนเช่นเดียวกับโลหะผสม Monel 400 แต่มีความแข็งแรงสูงกว่า ซึ่งสาเหตุหลักมาจากการก่อตัวของเฟส γ ในระหว่างการรักษาความชรา ภายใต้สถานการณ์ปกติ โลหะผสมโมเนลมีราคาแพงกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมมาก

โมเนลอัลลอยด์ 400 ยังสามารถรักษาคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยมให้ต่ำกว่าศูนย์ได้ แม้ว่าความแข็งแรงและความแข็งจะเพิ่มขึ้น แต่ความเป็นพลาสติกหรือความเหนียวจะลดลงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แม้ว่าจะถูกทำให้เย็นลงในไฮโดรเจนเหลวก็ตาม โลหะผสมจะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงแบบเหนียวและเปราะ นี่คือความแตกต่างที่สำคัญที่สุดระหว่างโลหะผสม Monel และวัสดุโลหะกลุ่มเหล็ก (เหล็กและเหล็ก) ที่มีความเปราะที่อุณหภูมิต่ำ

โลหะผสมโมเนลมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีในหลายสภาพแวดล้อม แต่มีแนวโน้มที่จะเกิดสนิมเมื่อสัมผัสกับน้ำเกลือ ไม่สามารถทนต่อการกัดกร่อนของตัวกลางที่มีไนตริกออกไซด์ กรดไนตริก ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และไฮโปคลอไรต์ได้ การใช้โลหะผสมโมเนลจะทำให้เกิดการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าด้วย กล่าวอีกนัยหนึ่งเมื่อตัวยึดที่ทำจากอลูมิเนียม สังกะสี หรือเหล็กสัมผัสกับโลหะผสม Monel ภายใต้เงื่อนไขบางประการ (เช่น ใช้ในน้ำทะเลที่ไหลเร็ว) การยึดโลหะ ชิ้นส่วนจะสึกกร่อนอย่างรวดเร็ว

 

การใช้โลหะผสมโมเนล

การบินและอวกาศ
ในช่วงทศวรรษที่ 1960 โลหะผสม Monel ได้รับคำสั่งซื้อจำนวนมากในด้านอวกาศและการก่อสร้างเครื่องบิน ใช้โดยเฉพาะในการสร้างลำตัวและผิวหนังของเครื่องบินเจ็ตทดลอง ตัวอย่างเช่น North American X-15 สามารถใช้เพื่อทนต่อความร้อนปริมาณมากที่เกิดจากแรงเสียดทานตามหลักอากาศพลศาสตร์ในระหว่างการบินที่รวดเร็วมาก โลหะผสมโมเนลยังคงสามารถรักษาความแข็งแกร่งไว้ได้ที่อุณหภูมิสูงมาก ทำให้สามารถรักษาเสถียรภาพของรูปร่างได้ที่ความเร็วการบินในชั้นบรรยากาศสูง ในระหว่างการบำรุงรักษาเครื่องบิน โลหะผสม Monel จะถูกใช้เป็นลวดล็อคในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงเพื่อให้แน่ใจว่าตัวยึดจะถูกล็อค ด้วยเหตุผลทางเศรษฐกิจ มักใช้สายล็อคสแตนเลสในพื้นที่อื่น

การสกัดและการกลั่นน้ำมัน
Monel ใช้เพื่อสร้างชิ้นส่วนที่สัมผัสกรดไฮโดรฟลูออริกเข้มข้นโดยตรงในหน่วยอัลคิเลชัน ความต้านทานพิเศษของโลหะผสมโมเนลต่อการกัดกร่อนของกรดไฮโดรฟลูออริกนั้นน่าทึ่งมาก สามารถทนต่อกรดไฮโดรฟลูออริกทุกความเข้มข้น และอุณหภูมิอาจถึงจุดเดือดของกรดไฮโดรฟลูออริก นี่อาจเป็นวัสดุที่มีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีที่สุดในบรรดาวัสดุโลหะผสมทางวิศวกรรมที่ใช้กันทั่วไป โลหะผสมโมเนลยังสามารถทนต่อการกัดกร่อนของซัลไฟด์และกรดไฮโดรคลอริกต่างๆ ในสภาพแวดล้อมรีดิวซ์

วิศวกรรมทางทะเล
ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสม Monel ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการใช้งานทางทะเล เช่น ระบบท่อ เพลาปั๊ม วาล์วทะเล สายการประมงแบบหลอก และตัวกรองตะกร้า โลหะผสม Monel บางชนิดไม่มีความเป็นแม่เหล็กโดยสิ้นเชิง และใช้ในการทำสายเคเบิลพุกสำหรับเรือกวาดทุ่นระเบิด และตัวเรือนสำหรับอุปกรณ์วัดสนามแม่เหล็ก บนเรือยอทช์ ลวดโลหะผสม Monel ใช้เพื่อล็อคห่วงสายสมอ นอกจากนี้ โลหะผสมโมเนลยังใช้ในการผลิตถังเก็บน้ำ ถังเชื้อเพลิง และอุปกรณ์ใต้น้ำอื่นๆ เช่น เพลาใบพัดและกระดูกงู

ควรสังเกตว่าเนื่องจากปัญหาการกัดกร่อนด้วยไฟฟ้าเคมี (การกัดกร่อนของโลหะคู่) ในน้ำทะเล โลหะผสม Monel จะต้องถูกแยกออกจากโลหะอื่น ๆ (เช่นเหล็ก) ในระหว่างการต่อเรือ The New York Times ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 25 สิงหาคม พ.ศ. 2458 บทความใน” รายงานเกี่ยวกับอุบัติเหตุของเรือยอทช์ยาว 215 ฟุต: “ เรือยอชท์ลำแรกที่ตัวเรือถูกสร้างขึ้นจากโลหะผสมโมเนลทั้งหมดกลายเป็นชิ้นส่วนในเวลาเพียงหกสัปดาห์และเป็น ถูกบังคับให้ทิ้ง” ด้วยการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า กระดูกงูโครงสร้างเหล็กของเรือยอชท์จึงถูกกัดเซาะและบางลงอย่างรวดเร็วหลังจากสัมผัสกับโลหะผสม Monel ซึ่งท้ายที่สุดก็นำไปสู่การพังทลายของก้นเรือยอชท์ ในแง่ของการวิจัยนกทะเล โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเลือกวัสดุสำหรับวงแหวนระบุเท้านก วงแหวนระบุเท้านกที่ทำจากโลหะผสม Monel ได้ถูกนำมาใช้กับนกทะเลหลายชนิด เช่น นกอัลบาทรอสที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมน้ำทะเลที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

เครื่องดนตรี
โลหะผสมโมเนลใช้ในการผลิตลูกสูบหรือโรเตอร์วาล์วเครื่องดนตรีคุณภาพสูง เช่น แตรขนาดเล็ก ใหญ่ และเฟรนช์ฮอร์น RotoSound ใช้โลหะผสม Monel ในการผลิตสายกีตาร์ไฟฟ้าในปี 1962 ศิลปินหลายคนใช้สายเหล่านี้ ในปี 2017 บริษัทสาย D'Addario (บริษัทสาย D'Addario) ได้เปิดตัวชุดผลิตภัณฑ์เครื่องสายไวโอลิน ซึ่งก็เป็นสายแบบพันรอบซึ่งมีการพันโลหะผสม Monel บนสาย D และ G

 

การใช้งานอื่น ๆ
ป้ายประจำตัวทำจากโลหะผสม Monel (ป้ายสุนัขสำหรับทหารอเมริกันในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง)

ความต้านทานการกัดกร่อนต่อกรดและออกซิเจนต่างๆ ได้ดีเยี่ยมทำให้โลหะผสม Monel เป็นวัสดุคุณภาพสูงในอุตสาหกรรมเคมี สถานการณ์การใช้งานอื่นๆ เช่น:
1. การเสริมสมรรถนะยูเรเนียม ท่อส่งขนาดใหญ่ส่วนใหญ่ที่ใช้สำหรับยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ทำจากโลหะผสมโมเนล
2. วาล์วควบคุมสำหรับก๊าซบรรจุขวดที่มีปฏิกิริยาสูงและแรงดันสูง (เช่น HCl)
3. ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 โลหะผสมโมเนลถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบไอน้ำร้อนยวดยิ่งของชุดเครื่องกำเนิดไอน้ำ
4. โลหะผสมโมเนลมักใช้ทำอ่างล้างจานและกรอบแว่นตา
5. ห้องเผาไหม้ที่ใช้ทำท่อจุดระเบิดของหม้อไอน้ำ
6. อายุการใช้งานของนาฬิกา Long Now คือ 10,000 ปี บนสมมติฐานที่ว่าไม่มีการใช้โลหะมีค่า บางส่วนของนาฬิกาทำจากวัสดุโลหะผสม Monel โดยคำนึงถึงความทนทานต่อการกัดกร่อน