1. Reacció dels aliatges Monel amb oxigen a altes temperatures
El níquel reacciona preferentment amb l'oxigen per formar-seNiO(òxid de níquel), una capa densa d'òxid que actua inicialment com a barrera per frenar una nova oxidació.
Quan la temperatura supera600 graus, els àtoms de coure es difonen cap a fora a través de la capa de NiO i s'oxiden per formar-seCu₂O(òxid cupros) iCuO(òxid cúpric). Aquests òxids de coure són menys densos que el NiO i tenen una adhesió feble a la matriu d'aliatge.
Els oligoelements com el ferro i el manganès de l'aliatge també s'oxiden per formar Fe₂O₃ i MnO, que es distribueixen a la capa d'òxid.
Degradació de la resistència a la corrosió: The mixed oxide layer (NiO-Cu₂O-CuO) becomes porous and prone to cracking at high temperatures (>600 graus). Això permet que l'oxigen penetri a la matriu d'aliatge, desencadenant l'oxidació interna i reduint la resistència de l'aliatge a altres medis corrosius (per exemple, aigua de mar, àcids) en el servei posterior.
Reducció de propietats mecàniques: l'oxidació provoca la pèrdua de material a la superfície de l'aliatge i crea una concentració de tensió a la interfície d'aliatge-òxid. Això condueix a una disminució de la resistència a la tracció i la ductilitat de l'aliatge Monel. Quan se sotmet a una càrrega cíclica d'alta-temperatura, la capa d'òxid es desprèn repetidament, accelerant la fallada per fatiga.
Inestabilitat dimensional: L'expansió volumètrica es produeix durant la formació d'òxids, donant lloc a rugositat superficial i desviacions dimensionals dels components d'aliatge, que són perjudicials per a les aplicacions d'enginyeria de precisió.
2. Reacció d'aliatges de Monel amb sofre a altes temperatures
El níquel reacciona amb el sofre per formar-seNiS(sulfur de níquel) i els seus derivats (Ni₃S₂). Aquests sulfurs tenen punts de fusió baixos (NiS es fon a 797 graus), i quan la temperatura supera els 600 graus, formen una fase líquida que penetra al llarg dels límits del gra de l'aliatge.
El coure de l'aliatge reacciona amb el sofre per formar-seCu₂S(sulfur de coure), que també presenta característiques de penetració del límit del gra.
La reacció del sofre amb l'aliatge no forma una capa protectora; en canvi, erosiona contínuament la matriu mitjançant la difusió del límit del gra.
Fragilització del límit del gra: NiS i Cu₂S líquids penetren als límits dels grans, debilitant la força d'unió entre els grans. Això fa que l'aliatge mostri una fragilitat significativa a altes temperatures, donant lloc afractura intergranularfins i tot amb poca tensió.
Sinèrgia de corrosió accelerada: Els productes de sulfuració destrueixen la integritat de la capa d'òxid. En ambients que contenen tant oxigen com sofre, l'aliatge pateix oxidació i sulfuració simultània, formant una barreja solta d'òxids i sulfurs. Això resulta en ataxa de corrosió 5-10 vegades superiorque en un sol ambient oxidant o sulfurant.
Pèrdua de la -resistència a la fluència a alta temperatura: La fluència és un mode de fallada clau dels aliatges Monel en aplicacions de càrrega-temperatura-altes. El dany al límit del gra induït per la sulfuració-redueix la resistència a la fluència de l'aliatge, escurçant-ne la vida útil a temperatures elevades.
3. Implicacions pràctiques de l'enginyeria
Aplicació de recobriments anti-oxidació i anti-sulfuració (p. ex., recobriments de difusió d'alumini, recobriments ceràmics).
Control de l'atmosfera ambiental per reduir el contingut d'oxigen i sofre.
Seleccionar graus de Monel modificats (p. ex., Monel K-500 amb alumini i titani afegits per reforçar la precipitació) per millorar l'estabilitat a alta temperatura.
