तांबा-निकल मिश्र धातुओं के वर्गीकरण, गुणों और अनुप्रयोगों और प्रदर्शन आवश्यकताओं पर शोध सहित तांबा-निकल मिश्र धातुओं के अनुसंधान और अनुप्रयोग की समीक्षा

तांबा-निकल मिश्र धातुओं के वर्गीकरण, गुणों और अनुप्रयोगों और प्रदर्शन आवश्यकताओं पर शोध सहित तांबा-निकल मिश्र धातुओं के अनुसंधान और अनुप्रयोग की समीक्षा

सार: समुद्री उद्योग के तेजी से विकास ने सफेद तांबे सहित समुद्री इंजीनियरिंग अनुप्रयोग सामग्रियों की बढ़ती मांग को बढ़ा दिया है, जिसका व्यापक रूप से जहाजों, कुछ बिजली संयंत्रों और समुद्री जल अलवणीकरण में उपयोग किया जाता है। क्योंकि यह लंबे समय तक समुद्री जल के क्षरण और क्षरण के अधीन है, यदि संक्षारण प्रतिरोध उपयोग की आवश्यकताओं को पूरा नहीं करता है, तो संक्षारण विफलता होगी, जिसके परिणामस्वरूप भारी नुकसान होगा। इसलिए, सफेद तांबे ने अपने अच्छे समुद्री जल संक्षारण प्रतिरोध (विशेष रूप से अच्छा क्षरण संक्षारण प्रदर्शन) और संक्षारण थकान प्रतिरोध, उत्कृष्ट ठंड और गर्म प्रसंस्करण प्रदर्शन, और उच्च तन्यता ताकत, उपज शक्ति और अन्य गुणों के कारण बढ़ते ध्यान आकर्षित किया है।

कीवर्ड: सफ़ेद तांबा; संघटन; जंग प्रतिरोध; आवेदन

सीटीएल वर्गीकरण संख्या: टीजी146.15 दस्तावेज़ कोड: ए

समुद्री उद्योग के विकास के साथ, समुद्री जल शीतलन प्रणालियों का सामग्री चयन प्रारंभिक टीयूपी तांबे, एल्यूमीनियम पीतल और स्टेनलेस स्टील से समुद्री जल संक्षारण के बेहतर प्रतिरोध के साथ वर्तमान तांबा-निकल मिश्र धातु तक विकसित हुआ है। सफेद तांबा मुख्य तत्व के रूप में निकल का उपयोग करता है और इसमें थोड़ी मात्रा में Fe, Mn और अन्य तत्व होते हैं जो एक निरंतर-एकल-चरण ठोस समाधान बनाते हैं, जिससे इसे अच्छा लचीलापन, प्रभाव प्रतिरोध और थर्मल स्थिरता मिलती है। साथ ही, तांबे और निकल का अनंत ठोस समाधान बाद में गर्म और ठंडे प्रसंस्करण के दौरान चरण परिवर्तन को रोकता है, इसलिए इसका मिश्र धातु के यांत्रिक गुणों और संक्षारण प्रतिरोध पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। यह लेख विभिन्न सफेद तांबा मिश्र धातुओं और उनके अनुप्रयोगों का परिचय देता है, और तांबा-निकल मिश्र धातुओं की अनुसंधान प्रगति का सारांश देता है। चित्र 1 ऑफशोर प्लेटफ़ॉर्म सिस्टम दिखाता है, और चित्र 2 सामग्री प्रदर्शन आवश्यकताओं को दर्शाता है।

1. तांबा-निकल मिश्र धातुओं का वर्गीकरण

तालिका 1 कप्रोनिकेल मिश्र धातु के ग्रेड और मौलिक संरचना को दर्शाती है। कप्रोनिकेल को मैंगनीज कप्रोनिकेल, आयरन कप्रोनिकेल, साधारण कप्रोनिकेल, एल्यूमीनियम कप्रोनिकेल और जिंक कप्रोनिकेल में विभाजित किया जा सकता है। नी तत्व की अलग-अलग सामग्री के कारण, इसके गुण अलग-अलग हैं, और आवेदन के अवसर भी अलग-अलग हैं। अलग। इसके अपूरणीय संक्षारण प्रतिरोध और पारंपरिक मिश्र धातुओं से बेहतर कई गुणों के कारण, इसकी अनुप्रयोग क्षमता बहुत अधिक है।

2. तांबा-निकल मिश्र धातुओं के गुण और अनुप्रयोग

साधारण सफेद तांबा आम तौर पर एक संरचनात्मक तांबा-निकल मिश्र धातु है। इसके उच्च संक्षारण प्रतिरोध के अलावा, इसमें उच्च और निम्न तापमान पर अच्छे व्यापक यांत्रिक गुण भी हैं, यानी अच्छी प्लास्टिसिटी और कठोरता। इसका उपयोग आम तौर पर छड़ या पट्टियों के रूप में किया जाता है। साथ ही, साधारण सफेद तांबे के आधार पर Fe, Mn, Zn और Al जैसे कुछ ट्रेस मिश्र धातु तत्वों को जोड़ने से व्यावहारिक अनुप्रयोगों में विशेष प्रदर्शन आवश्यकताओं को प्राप्त किया जा सकता है और औद्योगिक आवश्यकताओं को बेहतर ढंग से पूरा किया जा सकता है। सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला लौह-निकल तांबा BFe10-1-1 (C70600) और है

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BFe30-1-1 (C71500), जब Ni का द्रव्यमान अंश 30% और 10% के बीच होता है, तो मिश्र धातु में व्यापक निष्क्रियता सीमा और सर्वोत्तम संक्षारण प्रतिरोध होता है। मिश्र धातु में समुद्री जल के क्षरण और संक्षारण के प्रति अत्यधिक मजबूत प्रतिरोध होता है, और इसे "समुद्री इंजीनियरिंग मिश्र धातु" कहा जाता है। समुद्री इंजीनियरिंग के क्षेत्र में तांबे और तांबा मिश्र धातुओं के मुख्य अनुप्रयोगों को तालिका 2 में दिखाया गया है।

बीएफई 10-1-1 और बीएफई 30-1-1 मिश्र धातुओं में समुद्री जल के कटाव और संक्षारण के लिए अच्छा प्रतिरोध, उच्च गर्मी हस्तांतरण गुणांक, उत्कृष्ट यांत्रिक/वेल्डिंग गुण, समुद्री माइक्रोबियल आसंजन का निषेध आदि के फायदे हैं और इनका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। जहाज के मुख्य और सहायक इंजनों में। ठंडे पानी के पाइप, अपतटीय तेल उत्पादन प्लेटफार्मों पर अग्नि सुरक्षा पाइपलाइन, बिजली संयंत्रों में हीट एक्सचेंजर्स, तटीय परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में कंडेनसर, और समुद्री जल अलवणीकरण के लिए मल्टी-स्टेज फ्लैश वाष्पीकरण उपकरणों में ब्राइन हीटर [2-4]। साथ ही, BFe30-1-1 मिश्र धातु में उच्च शक्ति होती है और इसका उपयोग उच्च शक्ति वाले संरचनात्मक भागों जैसे शाफ्ट, फास्टनरों, वाल्व स्टेम और कुछ समुद्री उपकरणों के फ्लैंज में भी किया जाता है। बीएफई 30-2-2 मिश्र धातु, जो समुद्री जल क्षरण संक्षारण और रेत संक्षारण प्रतिरोध के लिए प्रतिरोधी है, पूर्वी चीन सागर में समुद्री जल में उच्च रेत सामग्री की समस्या से निपटने के लिए विकसित किया गया था [5]। बीएफई10-1-1

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कठोर अवस्था में BFe{0}} मिश्र धातु पाइपों के यांत्रिक गुणों को पूरा करना चाहिए: तन्य शक्ति 370MPa से अधिक या उसके बराबर, उपज शक्ति 150MPa से अधिक या उसके बराबर, बढ़ाव 18% से अधिक या उसके बराबर, विकर्स कठोरता 85 से अधिक या उसके बराबर; संक्षारण प्रतिरोध: संक्षारण मात्रा (50 डिग्री, 3.5% NaCl समुद्री जल) 0.025 मिमी/ए से कम या उसके बराबर, किसी भी प्रकार के संक्षारण की अनुमति नहीं है। मैंगनीज सफेद तांबा (बीएमएन 3-12 मिश्र धातु) में मध्यम प्रतिरोध गुणांक, एक छोटा प्रतिरोध तापमान गुणांक होता है और यह अपेक्षाकृत स्थिर होता है। अपने अच्छे विद्युत गुणों के कारण, बीएमएन 3-12 मिश्र धातु का उपयोग मानक प्रतिरोधक और अन्य सटीक उपकरणों के प्रतिरोधक घटकों को बनाने के लिए किया जा सकता है। समय के विकास के साथ, उपकरणों की परिशुद्धता की आवश्यकताएं अधिक से अधिक होती जा रही हैं, इसलिए इस मिश्र धातु पर अनुसंधान मिश्र धातु की संरचना और सामग्री को बदलने पर नहीं रुक सकता है [6]। एनीलिंग, क्षैतिज एक्सट्रूज़न विफलता और ड्राइंग प्रक्रियाओं के माध्यम से, बीएमएन 3-12 मिश्र धातु में विशेष सुसंगत जुड़वां सीमाएं होती हैं, जो सामग्री की चालकता को प्रभावित किए बिना सामग्री की ताकत में सुधार कर सकती हैं। BMn40-1.5 मिश्रधातु एक विद्युत तांबा-निकल मिश्रधातु है जिसका उपयोग BMn3-12 मिश्रधातु से पहले किया जाता था। इसके प्रतिरोध के छोटे तापमान गुणांक के कारण, इसमें बेहतर गर्मी प्रतिरोध होता है और इसका उपयोग व्यापक तापमान रेंज में किया जा सकता है। बीएमएन 3-12 मिश्र धातु की तुलना में, बीएमएन 40-1.5 मिश्र धातु में तांबे के मुकाबले उच्च थर्मोइलेक्ट्रिक क्षमता होती है, इसलिए यह सटीक प्रतिरोधों, स्लाइडिंग प्रतिरोधों, ट्रांसफार्मर शुरू करने और विनियमित करने और एसी के लिए प्रतिरोध तनाव गेज के लिए उपयुक्त है [8 ]. एल्युमीनियम-निकल तांबे में उच्च शक्ति और अच्छी प्लास्टिसिटी और कठोरता दोनों हैं। उनमें से, BAl13-3 मिश्र धातु का उपयोग अक्सर उच्च शक्ति वाले संक्षारण-प्रतिरोधी भागों को बनाने के लिए किया जाता है, और BAl 16-1.5 मिश्र धातु का उपयोग महत्वपूर्ण उपयोगों के साथ फ्लैट स्प्रिंग्स बनाने के लिए किया जाता है। लंबे समय से, एल्यूमीनियम-निकल तांबे के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए, एल्यूमीनियम-निकल तांबे का एक मजबूत मैट्रिक्स बनाने के लिए अक्सर थोड़ी मात्रा में ट्रेस तत्व जोड़े जाते हैं, जिसमें व्यावहारिक अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए उच्च शक्ति बनाए रखते हुए अच्छी चालकता होती है। . क्योंकि एल्युमीनियम-निकल तांबे में उच्च शक्ति, उच्च विद्युत चालकता और अच्छा पहनने का प्रतिरोध होता है, इसका उपयोग सीसे के फ्रेम और पहनने के लिए प्रतिरोधी भागों [9-11] के लिए एक संभावित सामग्री के रूप में किया जा सकता है।

जिंक कप्रोनिकेल (BZn18-18BZn15-20 मिश्र धातु) को "जर्मन सिल्वर" [12] भी कहा जाता है। क्योंकि जिंक-निकल तांबे में अच्छी तन्य शक्ति, थकान प्रतिरोध और संक्षारण प्रतिरोध के फायदे हैं, इसका उपयोग मुख्य रूप से घटकों या क्रिस्टल के गोले, चिकित्सा उपकरण, निर्माण सामग्री और पवन उपकरण गोले के रूप में किया जाता है [13]।

3. तांबा-निकल मिश्र धातु प्रदर्शन आवश्यकताएँ

मेरे देश के समुद्री जहाज निर्माण उद्योग, अपतटीय तेल और गैस उद्योग, समुद्री खनन, समुद्री ऊर्जा और समुद्री जल अलवणीकरण उद्योगों के तेजी से विकास के साथ, सामग्रियों की आवश्यकताएं अधिक से अधिक होती जा रही हैं [16]। इनमें तांबे-निकल मिश्र धातु के पाइपों का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। जहाजों के लिए कॉपर मिश्र धातु कंडेनसर पाइप लंबे समय से उच्च तापमान, उच्च दबाव और अत्यधिक संक्षारक शीतलन माध्यम - समुद्री जल वातावरण में काम कर रहे हैं। इसलिए, यह अब उत्पाद की रासायनिक संरचना, यांत्रिक गुणों और समुद्री जल संक्षारण प्रतिरोध की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पर्याप्त नहीं है। ज्यामितीय आयामी सटीकता, प्रक्रिया प्रदर्शन, आंतरिक संगठन और अन्य संकेतकों पर भी सख्त आवश्यकताएं रखी जानी चाहिए। साथ ही, तांबे-निकल मिश्र धातु पाइपों में भी अच्छा संक्षारण प्रतिरोध होना आवश्यक है। , उच्च गर्मी हस्तांतरण गुणांक, बड़ा व्यास, उच्च परिशुद्धता, उत्कृष्ट यांत्रिक वेल्डिंग तकनीक, और समुद्री सूक्ष्मजीवों के आसंजन को रोकने की अच्छी क्षमता [17] और अन्य विशेषताएं। वर्तमान में, चीन में प्रसंस्करण उपकरणों की समस्याओं के कारण, बड़े-व्यास वाले तांबे ट्यूब मिश्र धातु अभी भी बड़े पैमाने पर उत्पादित होने में असमर्थ हैं और मुख्य रूप से विदेशी आयात पर निर्भर हैं। इसलिए, बड़े-व्यास वाले तांबे के पाइपों की उत्पादन कठिनाइयों को अभी भी दूर करने की आवश्यकता है।

4. तांबा-निकल मिश्र धातुओं की अनुसंधान प्रगति

4.1 तांबा-निकल मिश्र धातु का संक्षारण तंत्र

चित्र 4 ऑक्सीजन युक्त समुद्री जल में कप्रोनिकेल की संक्षारण प्रतिक्रिया की विभिन्न प्रक्रियाओं को दर्शाता है। चित्र में AB रेखा समुद्री जल में कप्रोनिकेल की कैथोड प्रतिक्रिया प्रक्रिया है, जिसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

1/2[O2]+[H2O]+2e−=2[OH−] (1)

चित्र 4 में सीडी लाइन समुद्री जल में निष्क्रियता के बिना सफेद तांबे की एनोड प्रतिक्रिया प्रक्रिया है। इसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

Cu=Cu++e−(2)

चित्र 4 में T1, T2, T3

वक्र समुद्री जल में सफेद तांबे के पारित होने की एनोडिक प्रतिक्रिया प्रक्रिया है। ईएफ लाइन ऑक्सीजन की कमी के कारण सफेद तांबे की हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया प्रक्रिया है, इसलिए इस प्रक्रिया के दौरान न तो निष्क्रियता और न ही संक्षारण उत्पाद बनते हैं।

Cu(orCu2O)=Cu2++2e−(3)

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2[Cu2+]+3[OH−]+[Cl−]=Cu2(OH)3Cl (4)

4.2 तांबा-निकल मिश्र धातु के संक्षारण प्रतिरोध पर अनुसंधान

समुद्री उद्योग सामग्रियों की प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, तांबा-निकल मिश्र धातुओं के संक्षारण प्रतिरोध में सुधार के लिए बहुत सारे शोध किए गए हैं। डेंग चूपिंग [19] ने पाया कि दुर्लभ पृथ्वी सीई के साथ सफेद तांबे की तन्यता ताकत और बढ़ाव में सुधार हुआ था, और अनाज की संरचना सघन थी। इसके अलावा, दुर्लभ पृथ्वी सीई को जोड़ने से सल्फर युक्त मीडिया में मिश्र धातु के विशिष्ट डेनिकेल क्षरण में सुधार हो सकता है। प्रवृत्ति। जियांग एट अल. [20] बी10 मिश्र धातु की संरचना और गुणों पर विभिन्न Fe सामग्री के प्रभावों का अध्ययन किया, और पाया कि जैसे-जैसे Fe सामग्री बढ़ी, संक्षारण प्रतिरोध ने पहले बढ़ने और फिर घटने की प्रवृत्ति दिखाई, लेकिन संक्षारण प्रतिरोध तंत्र का आगे पता नहीं लगाया। . अनुसंधान। बीजिंग अलौह धातु अनुसंधान संस्थान

झांग जियानिंग [21] ने Fe/Mn अनुपात को नियंत्रित करके B10 के संक्षारण प्रतिरोध में सुधार करने के लिए सबसे अच्छा मिश्र धातु अनुपात पाया। अध्ययन में पाया गया कि जब Fe/Mn=3:2 होता है, तो मिश्र धातु का संक्षारण प्रतिरोध सबसे अच्छा होता है। मा एट अल. [22] चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज ने पाया कि ठोस समाधान + कोल्ड रोलिंग विरूपण + पुन: क्रिस्टलीकरण एनीलिंग प्रक्रिया का उपयोग अनाज सीमाओं और जुड़वां सीमाओं की संख्या में वृद्धि कर सकता है, जिससे बेहतर संक्षारण प्रतिरोध के साथ एक मिश्र धातु प्राप्त हो सकती है।

5। उपसंहार

यह लेख मुख्य रूप से तांबे-निकल मिश्र धातु को शुरुआती बिंदु के रूप में लेता है, विभिन्न तांबे-निकल मिश्र धातुओं की रासायनिक संरचना और अनुप्रयोग परिदृश्यों की व्याख्या करता है, देश और विदेश में अग्रणी तांबा कंडेनसर ट्यूब उत्पादन कारखानों का परिचय देता है, और तांबे-निकल मिश्र धातु ट्यूबों के प्रदर्शन का परिचय देता है। घरेलू समुद्री प्रणाली पाइपलाइन। तांबा-निकल मिश्र धातुओं के विकास में मांग और भविष्य के रुझान। तांबा-निकल मिश्र धातुओं की मुख्य अनुसंधान प्रगति का सारांश दिया गया है। वर्तमान में, मुख्य प्रगति दुर्लभ पृथ्वी तत्वों की थोड़ी मात्रा जोड़ने से लेकर विभिन्न सामग्रियों को जोड़ने तक है।

Fe तत्व, तांबा-निकल मिश्र धातुओं के संक्षारण प्रतिरोध में सुधार करने के लिए मैट्रिक्स मिश्र धातु तत्वों और अनाज सीमा इंजीनियरिंग के अनुपात को बदल रहा है।