فولاد آلومینایزه چیست

فولاد آلومینایزه یا آلومینایز شده ترکیبی از فولاد و آلومینیوم می باشد. آلومینیوم و فولاد مواد تولیدی ایده آلی هستند. آلومینیوم دارای مقاومت شدید در مقابل خوردگی است، در حالی که فولاد به خاطر استحکام بسیار بالا خود قابل توجه می باشد. اما هر دو دارای ضعف هایی می باشند.

به عنوان مثال، فولادهای ساده کربنی که فاقد مقدار کافی از عنصر کروم برای ایجاد یک لایه اکسید هستند، در مقابل زنگ زدگی مقاومت چندانی ندارند. در همین حال، آلومینیوم خالص بسیار ضعیفتر از فولاد می باشد. پس متالورژیست ها این دو را با هم ترکیب کرده و ماده مطلوب تری را با نام فولاد آلومینایزه تولید کردند. با آیرونید همراه شوید تا در این باره بیشتر صحبت کنیم.

مکانیزم فولاد آلومینایز شده – فولاد آلومینایزه چیست؟

آلومینایز کردن در مذاب آلومینیوم برای مدت هاست که به عنوان روشی موفق برای ایجاد لایه نازک از آلومینیوم بر روی زیرلایه فولاد مطرح است تا خواص و شرایط سرویس را برای فولادها بهبود بخشد که یکی از کاربردهای اصلی آن در بهبود مقاومت به خوردگی فولاد است. در این فرآیند وقتی سطح زیر لایه فولادی، تر (wet) می شود، آلومینیوم می تواند به درون آن نفوذ کرده و ترکیب بین فلزی تشکیل دهد. به خاطر میکروسختی بالا و مقدار زیاد از آلومینیوم، لایه سطحی ترکیب بین فلزی دارای مقاومت بسیار خوبی در مقابل سایش و خوردگی در دماهای بین 450 تا 980 درجه سانتی گراد از خود نشان خواهد داد.

با اکسید شدن لایه آلومینیوم، سطح زیر لایه فولادی به وسیله این اکسیدها که دارای خواصی از جمله نقطه ذوب بالا، سختی زیاد، پایداری ترمودینامیکی و ترشوندگی کم با مذاب آلومینوم هستند، محافظت خواهد شد. زاویه ترشوندگی بین آلومینیوم و مذاب آلومینیوم در زیر 900 درجه سانتی گراد برابر 138 درجه است که در مقابل اکسید ها بیشترین مقدار می باشد.

آلومینایز کردن فولاد ضد زنگ مقاوم به حرارت HH309

استنلس استیل HH309 به خاطر استحکام دما بالای آن در کاربردهای نفتی، شیمیایی و هسته ای استفاده می شود نشان می دهد که پوشش ایجاد شده در این ماده از دو لایه تشکیل شده. لایه خارجی که از ترکیب بین فلزی آلومیناید آهن با فرمول FeAl و Fe24Al78 بوده و لایه بین نفوذی از فریت که در ارتباط با رسوبات NiAl و Ni3 Al است، تشکیل شده اند. نفوذ آلومینیوم به درون این فولاد موجب تبدیل فازی زمینه فولادی از آستنیت به فریت در لایه نفوذی می شود. به علاوه اینکه فرآیند آلومینایزینگ با تشکیل ترکیب Al2O3 بر روی سطح این فولاد موجب افزایش مقاومت به اکسیداسیون آن هم می شود.

آلومینایز کردن فولاد ضدزنگ 1Cr18Ni9

انجام فرآیند آلومینایزینگ بر روی فولاد ضدزنگ 1Cr18Ni9 نشان می دهد که ضخامت لایه آلومینیوم ایجاد شده روی زیرلایه فولادی با افزایش زمان فرآیند آلومینایز کردن، افزایش پیدا می کند در حالی که افزایش دمای غوطه وری باعث کاهش این ضخامت می شود. پس دمای پایین تر و زمان بیشتر، باعث ایجاد لایه پوششی نازک تری می شود. همینطور ضخامت لایه بین فلزی در زیرلایه فولادی با دمای غوطه وری و زمان افزایش پیدا می کند. با این حال، به نظر نمی رسد که افزایش درجه حرارت آلومینایز کردن، تأثیر قابل توجهی بر ضخامت لایه بین فلزی داشته باشد. اکسیداسیون این فولاد آلومینایز شده در دمای 800 درجه سانتی گراد ناشی از ایجاد لایه لایه اکسید متشکل از ترکیبات آلفا آلومینا،Al4 Cr و Al17Cr9 است.

کاربرد فولاد آلومینایزه

فولادهای آلومینایزه نوع اول که مقاوم به حرارت می باشند به شکل گسترده در وسایل آشپزخانه و لباسشویی، لوله های مبدل حرارتی، آبگرمکن ها، آسترهای اجاق گاز، صفحات بازتابنده، صدا خفه کن در اتوموبیل ها و اخیرا هم به عنوان فولاد پایه در میناکاری ظروف چینی مورد استفاده قرار می گیرند.

فولادهای آلومینایزه نوع دوم که مقاوم به خوردگی اتمسفری می باشند به منظور کاربردهایی نظیر پنل های ساختمان، ساخت سقف، سقف های سیلویی، محفظه های تهویه مطبوع، سقف های صنعتی موج دار و لوله های جوش استفاده می شوند.

همینطور دامنه کاربرد فولادهای آلومینایزه مواردی از جمله پوشش های آلومیناید بر لوله های مبدل حرارتی از جنس فولاد ساده کربنی برای تولید سولفوریک اسید، بر روی فولادهای ضد زنگ S304 به منظور حذف واحدهای NOx و SOx در دودکش های جریان گاز، در توری های خنک کننده از جنس فولاد ضد زنگ ریخته گری در کارخانه های فراوری سیمان و فولادهای C2.25%Cr – 1%Moدر نقش لوله های آب در موتور بخار را شامل می شوند.

کارخانجات فرآوری مواد شیمیایی هم از فولادهای آلومینیزه بهره مند شده اند. به عنوان مثال، فولاد آلومینایز S304 در اجزای مختلف واحدهای اصلاح متانول، برای مدت بیش از 13 سال حفاظت موثری در مقابل خوردگی ناشی از محیط دارای کربن فعال از فلزات ارائه داده. همینطور در یک کاربرد بالقوه برای صنعت خودرو، مشخص شد که حلقه های پیستونی فولاد کربنی که آلومینایز شده و بعد نیترید می شوند، تقریباً دو برابر سختی فولادهای نیترید دار را دارا می باشند، در حالی که عمق مورد مشابه را حفظ می کنند، در نتیجه این نوع فولادهای آلومینایزه به عنوان یک جایگزین با هزینه کمتر به جای فولادهای نیتروژنی در حال استفاده پیشنهاد شده اند.

انواع فولاد آلومینایزه

دو نوع فولاد آلومینایزه با توجه به خلوص پوشش آن ها وجود دارد:

1. نوع اول دارای پوششی با حدود 5 تا 11 درصد سیلیکون می باشد. متالورژیست ها معمولا از این نوع در کاربردهایی نظیر مقاومت در مقابل حرارات شدید مثل پخت و عملیات حرارتی استفاده می کنند.
2. نوع دوم دارای پوشش خالصی از آلومینیوم است که دارای ضخامتی کمتر از نوع اول می باشند و از آن ها برای پوشش دهی بر عایق ها استفاده می کنند.

خواص مکانیکی فولاد آلومینایزه

بعضی خواص مربوط به هر دو نوع فولاد آلومینایزه در زیر آمده است:

• استحکام کششی 55000 psi
• استحکام تسلیم 40000 psi
• سختی 66 RBH
• مدول الاستیک 29000000 psi
• ضریب انبساط حرارتی ((in/in.F) 10 6 ) 6.7

فولاد آلومینایزه نوع اول می تواند تا دمای 900 درجه فارنهایت بدون تغییر رنگ و تا دمای 1250 درجه فارنهایت بدون تغییر چندانی در مقیاس، مقاومت کند. در دمای بالای 900 درجه فارنهایت، پوشش شروع به آلیاژسازی با فولاد زیرلایه می کند و یک لایه نسوز با استحکام از آهن و آلومینیوم ایجاد می کند. پس از تشکیل این لایه نسوز، آلیاژ خاکستری رنگ دیگر به رنگ روشن اولیه خود برنمی گردد. این آلیاژ ایجاد شده مقاومت در مقابل حرارت بسیار خوبی داشته و درجه حرارت سرویس را از نقطه ذوب آلومینیوم فراتر می برد.

فولاد آلومینایزه نوع دوم که غیر آلیاژی است، مقاومت حرارتی تا 900 درجه فارنهایت را به ارمغان می آورد اما استفاده از این نوع در دمایی بالاتر از دمای ذکر شده توصیه نمی شود. در مجموع، هر دو نوع از این ماده، نیمی از استحکام مکانیکی نرمال خود را تا دمای 900 درجه فارنهایت حفظ می کنند.