L'aluminur de níquel fa referència a dos compostos intermetàl·lics àmpliament utilitzats, Ni3Al o NiAl, però el terme de vegades s'utilitza per referir-se a qualsevol aliatge de níquel-alumini. Aquests aliatges s'utilitzen àmpliament per la seva alta resistència fins i tot a altes temperatures, baixa densitat, resistència a la corrosió i facilitat de producció. El Ni3Al és d'interès específic com a precipitat en superaliatges basats en níquel, on s'anomena fase γ' (gamma prima). Això dóna a aquests aliatges una alta resistència i resistència a la fluència fins a 0,7–0,8 de la seva temperatura de fusió. Mentrestant, el NiAl presenta propietats excel·lents, com ara una densitat més baixa i una temperatura de fusió més alta que les del Ni3Al, i una bona conductivitat tèrmica i resistència a l'oxidació. Aquestes propietats el fan atractiu per a aplicacions especials d'alta temperatura, com ara recobriments en pales de turbines de gas i motors de reacció. Tanmateix, ambdós aliatges tenen el desavantatge de ser força fràgils a temperatura ambient, mentre que el Ni3Al també roman fràgil a altes temperatures. Per solucionar aquest problema, s'ha demostrat que el Ni3Al es pot fer dúctil quan es fabrica en forma de monocristall en lloc de policristal·lina.

Propietats Compostos intermetàl·lics d'aluminur de níquel Ni3AlNiAlEstructura cristal·lina (Designació d'estructura)L12B2Paràmetre de xarxa a0.357 nm0.2887 nmDensitat7.50 g/cm35.85 g/cm3Mòdul de Young179 GPa294 GPaLímit elàstic855 MPaPunt de fusió1,385 °C (1,658 K)1,639 °C (1,912 K)Coeficient de dilatació tèrmica/K/KResistivitat elèctrica8 to Conductivitat tèrmica28.85 W/(m⋅K)76 W/(m⋅K)

Ni3Al Un desavantatge important dels aliatges policristal·lins basats en Ni3Al és la seva fragilitat a temperatura ambient i a altes temperatures, que interfereix amb possibles aplicacions estructurals. Aquesta fragilitat s'atribueix generalment a la incapacitat de les dislocacions per moure's en les xarxes altament ordenades. La introducció d'una petita quantitat de bor pot augmentar dràsticament la ductilitat suprimint la fractura intergranular.

Els superaliatges basats en Ni deriven la seva resistència de la formació de precipitats γ' ( Ni3Al ) en la fase γ (Ni), que enforteixen els aliatges mitjançant l'enduriment per precipitació. En aquests aliatges, la fracció volumètrica dels precipitats γ' arriba al 80%. A causa d'aquesta fracció d'alt volum, l'evolució d'aquests precipitats γ' durant els cicles de vida dels aliatges és important: una preocupació important és l'engruiximent d'aquests precipitats γ' a alta temperatura (800 a 1000 °C), cosa que redueix considerablement la resistència dels aliatges. Aquest engruiximent es deu a l'equilibri entre l'energia interfacial i l'elàstica en la fase γ + γ' i generalment és inevitable durant llargs períodes de temps. Aquest problema d'engruiximent s'aborda introduint altres elements com el Fe, el Cr i el Mo, que generen configuracions multifàsiques que poden augmentar significativament la resistència a la fluència. Aquesta resistència a la fluència s'atribueix a la formació d'un precipitat heterogeni Cr4.6MoNi 2.1, que fixa les dislocacions i impedeix un engrossiment addicional de la fase γ'. L'addició de Fe i Cr també augmenta dràsticament la soldabilitat de l'aliatge.

NiAl Malgrat les seves propietats beneficioses, el NiAl generalment pateix dos factors: una fragilitat molt alta a baixes temperatures (< 330 °C (626 °F)) i pèrdua ràpida de resistència per a temperatures superiors a 550 °C (1.022 °F). La fragilitat s'atribueix tant a l'alta energia dels límits d'antifase com a l'alt ordre atòmic al llarg dels límits de gra. De manera similar al dels aliatges basats en Ni3Al, aquests problemes generalment s'aborden mitjançant la integració d'altres elements. Els elements provats es poden dividir en tres grups segons la seva influència en la microestructura: Insereix un paràgraf

Elements que formen fases intermetàl·liques ternàries com ara Ti i Hf Elements formadors eutèctics pseudobinaris com ara el Cr Elements amb alta solubilitat en NiAl com ara Fe, Co i Cu

S'ha demostrat que alguns dels elements més reeixits són el Fe, el Co i el Cr, que augmenten dràsticament la ductilitat a temperatura ambient, així com la treballabilitat en calent. Aquest augment es deu a la formació de la fase γ que modifica els grans de la fase β. També s'ha demostrat que l'aliatge amb Fe, Ga i Mo millora dràsticament la ductilitat a temperatura ambient. Més recentment, s'han afegit metalls refractaris com ara Cr, W i Mo, cosa que ha donat lloc no només a un augment de la ductilitat a temperatura ambient, sinó també a un augment de la resistència i la tenacitat a la fractura a altes temperatures. Això es deu a la formació de microestructures úniques com l'aliatge eutèctic Ni 45.5 Al 9 Mo i inclusions d'α-Cr que contribueixen a l'enduriment en solució sòlida. Fins i tot s'ha demostrat que aquests aliatges complexos (Ni42Al51Cr3Mo4) tenen el potencial de ser fabricats mitjançant processos de fabricació additiva com ara la fabricació selectiva amb làser, cosa que augmenta enormement les possibles aplicacions d'aquests aliatges.

Superaliatges basats en níquel En els superaliatges basats en níquel, les regions de Ni3Al (anomenades fase γ') precipiten fora de la matriu rica en níquel (anomenada fase γ) per donar una alta resistència i resistència a la fluència. Hi ha moltes formulacions d'aliatges disponibles i solen incloure altres elements, com ara crom, molibdè i ferro, per tal de millorar diverses propietats.

Exemples IC-221M Un aliatge de Ni3Al, conegut com a IC-221M, està format per aluminur de níquel combinat amb diversos altres metalls, com ara crom, molibdè, zirconi i bor. L'addició de bor augmenta la ductilitat de l'aliatge alterant positivament la química del límit de gra i promovent el refinament del gra. Els paràmetres de Hall-Petch per a aquest material van ser σ₂o = 163 MPa i ky = 8,2 MPaˑcm⁻¹. El bor augmenta la duresa del Ni3Al a granel mitjançant un mecanisme similar.

Aquest aliatge és extremadament resistent pel seu pes, cinc vegades més resistent que l'acer inoxidable SAE 304 comú. A diferència de la majoria d'aliatges, l'IC-221M augmenta la seva resistència des de la temperatura ambient fins a 800 °C (1.470 °F). 500x500px|. L'aliatge és molt resistent a la calor i a la corrosió, i s'utilitza en forns de tractament tèrmic i altres aplicacions on la seva vida útil més llarga i la seva reducció de la corrosió li donen un avantatge sobre l'acer inoxidable. S'ha descobert que la microestructura d'aquest aliatge inclou la fase eutèctica de Ni5Zr i, per tant, el tractament en solució és eficaç per al treball en calent sense esquerdes.

Referències

Categoria:Química Categoria:Aliatges d'alumini Categoria:Aliatges de níquel