پایان نامه مصارف مهم نیکل

مقدمه:

با توجه به رشد روز افزون بازار توربين هاي گازي در سطح دنيا ونياز به تعميرات قطعات توربينها باعث شد تا صنعت تعميرات به صورت جدي واصولي در ايران پي گيري شود و چون تعميرات قطعات داغ توربين ها كه جنس آنها از سوپر آلياژها مي باشند با مشكلاتي همراه مي‌باشد ويك سري دستورالعمل خاص خود را مي طلبد كه بايد با روشهاي استاندارد وكنترل شده اي تعميرات روي آنها صورت گيرد كه فعلا در ايران در شركت قطعات توربين شهريار به روش جوشكاري TiG انجام مي گيرد كه در آينده پيش بيني مي شود از پروسه جوشكاري ليزر نيز استفاده گردد.

در تمام سوپر آلياژهاي در توليد با مشكلاتي مواجه مي باشيم كه نياز را براي تعميرات ضروري نمود از آن جمله سوپر آلياژ IN738 مي‌باشد كه در اين پروژه به نكات مهم در جوشكاري اين سوپر آلياژ پرداخته ايم.

فصل اول

1- مصارف مهم نيكل عبارتند از:

تهيه فولادهاي ضدزنگ، آلياژهاي ويژه (آلياژ نقره و نيكل جهت ساخت لوازم خانگي)، آب كاري كروم و ضرب مسكوك و نمك هاي نيكل مصارف شيميايي داشته و در برخي باتري ها كاربرد دارد.

2- تهيه فولادهاي نيكلي ضدزنگ و آلياژها:

در حدود 65% نيكل مصرف شده در جهان غرب براي ساخت فولاد ضد زنگ Austenitic استفاده شده است و 12% براي سوپرآلياژها (آلياژهاي مقاوم در برابر خوردگي مانند آلياژ نقره آلماني كه شامل آلياژ- Ni- Zn-Cu مي‌باشد) استفاده مي شود. فولاد نيكل براي صفحات حفاظتي (دفاعي) و گار صندوق هاي ضد سرقت استفاده مي شود.

اهميت نيكل در توانايي و قابليت هاي آن نهفته است كه به هنگام تركيب با ديگر عناصر براي ساختن آلياژ، مقاومت و استحكام فلز و نيز مقاومت در برابر خوردگي آن را در بازه گسترده اي از دما، افزايش مي‌دهد. اين فلز در صنعت آهن و فولاد ضروري است و آلياژهاي نيكل دار نقش كليدي را در توسعه مواد مورد نظر در صنايع هوافضا ايفا مي كنند. توليد ساليانه اين فلز از 103*20 تن در سال 1920 تا 103*750 در سال 1976 افزايش يافته است كه بطور متوسط ساليانه رشدي برابر با 3% داشته است. اما، در بين سالهاي 1976 تا 1986 هيچ تغيير محسوسي در توليد يا مصرف اين فلز رخ نداده است و مصرف جهاني نيكل در سالهاي 1981 و 1982 كاهش يافته و به 650000 تن در سال رسيده است. ذخيره تعيين شده نيكل بيش از مقدار مورد نياز است و ميتواند براي سالهاي متمادي همين سقف توليد را داشت.

توليد استيل بيش از 50 درصد نيكل را مصرف مي‌كند و آلياژهاي آهني و آلياژهاي مبتني بر پايه نيكل در مقام هاي بعدي مصرف نيكل جاي دارند. آبكاري تنها 11% از نيكل توليدي را مورد استفاده قرار مي‌دهد. محصولات حاصل از آن عبارتند از استيل كه در ظرفشويي ها، لباسشويي ها، ظروف آشپزخانه و نيز بخش هاي آبكاري شده با نيكل براي دوچرخه،موتور سيكلت، جواهر آلات، فريم عينك، وسايل موسيقي كه  نيكل توليدي را مصرف مي كنند. مقاومت بالاي استيل نيكل دار، وزن سبك آنها و هزينه نگهداري اندك آنها منجر به رشد فزاينده مصرف آنها در تانكرها و قطارها در زمينه ساخت و ساز و ماشين آلات شده است.

در دهه هفتاد، مصرف نيكل در صنايع خودرو سازي به شدت افت كرد كه به علت كاهش مصرف ميانگين آن در اتومبيل ها از 2 كيلوگرم در سال 1970 به 5/0 كيلوگرم در سال 1985 بود. صنايع شيميايي چهارمين بازار بزرگ مصرف نيكل را دارد كه براي توليد استيل بكار مي رود.

صنعت ساخت و ساز، صنايع الكترونيك هر يك 6% مصرف نيكل سال 1987 را به خود اختصاص دادند. مصرف استيل در ساختمان سازي رو به افزايش است، زيرا در تجهيزات مربوط به به غذا و تجهيزات كنترل محيط زيست مصرف مي شوند نرخ رشد مصرف نيكل در صنايع الكترونيك بيش از 10 درصد در سال است. آلياژ 42، كه يك آلياژ- نيكل- آهن است، كاربرد فراواني در چهارچوبه هاي سربي دارد، حال آنكه، آلياژ مس- نيكل- قلع 72500 C، در فنرها، گيره كاغذ و پايانه ها مصرف مي شود.

امروزه آلياژهاي مس، نيكل با 75 درصد مس و 25 درصد نيكل كاربرد گسترده اي يافته اند، هرچند كه كانادا، هلند و جمهوري آفريقايي جنوبي هنوز از سكه هاي نيكل خالص استفاده مي كنند زيرا كه از دوام بيشتري برخوردار است.

در صنايع هوافضا، نيكل يك عنصر كليدي در ابر آلياژهاست كه در برابر تنش و خوردگي در دماي CO 1000 و بيشتر مقاومت مي‌كند. اين مواد در موتورهاي توربين گاز مورد استفاده قرار مي گيرند.

الف- انرژي الكتريكي و هسته اي:

در صنعت برق و توليد نيرو، استيل هاي نيكل دار كاربرد گسترده اي در نيروگاههاي هسته دارند و كاربرد روز افزوني در سيستم هاي زدايشگر براي زدايش دي اكسيد گوگرد از نيروگاههاي زغالي، نفتي و گازي دارند.

ب- كاتاليزور:

مواد شيميايي نيكل دار در توليد كاتاليزورهاي نيكل مصرف مي شوند كه در هيدروژنه كردن روغن نباتي، در تصفيه روغن هاي سنگين، تشديد كننده هاي سراميك و نمك نيكل در آبكاري بكار مي رود. نيكل در قطعات ريز تقسيم شده يك كاتاليزور براي نفت‌هاي هيدروژني است.

ج- حفاري:

مواد نيكل دار در صنعت نفت از سرمته حفاري تا لوله كشي و مخازن فرآوري طرح‌هاي پتروشيمي و ساخت سكوهاي نفتي دريايي ايفا مي كنند.

د- صنايع دريايي:

در صنايع دريايي، مواد نيكل دار در كشتي ها و پروژه هاي شيرين سازي آب شور دريا بكار مي روند.

هـ -كاربردهاي ديگر:

23% باقي مانده مصرف در باتريهاي شارژ مجدد (مانند باتريهاي هيدريد فلزي نيكل و باتريهاي كادميوم نيكل)، كاتاليزورها، آزمايشگاه هاي شيميايي در بوته ها. محصولات شيميايي ديگر، ضرب سكه و ريخته گري و آبكاري الكتريكي تقسيم شده است.

نيكل خاصيت مغناطيسي دارد و مي تواند با مقادير زيادي كبالت همراه شود و اين دو در آهن متئوريتي يافت مي شوند. اين فلز نفوذپذيري مغناطيسي بالايي دارد و براي نشان دادن ميدان هاي مغناطيسي استفاده مي شود مانند آلياژ Alnico در مغناطيس استفاده مي شود.

ضرب سكه در ايالات متحده و كانادا كه نيكلي كه در ساخت سكه هاي سنتي استفاده مي شود nickles مي گويند.

3- تاريخچه:

استفاده از نيكل مي تواند در بيشتر از (BC 3500 سال قبل از ميلاد) رديابي شود. برنز در جايي كه اكنون Syria نام دارد، محتواي نيكل بالاتر از 2% نشان مي‌دهد.

در بيشتر نسخه هاي خطي چيني، مس سفيد مشاهده شده است كه در مشرق زمين بين 1400 تا 1700 است. اما از آن جايي كه كانسارهاي نيكل به آساني با كانسارهاي نقره اشتباه گرفته مي شود پس از درك اين فلز و زمانهاي استفاده از آن ضروري مي‌باشد.

كانه هاي حاوي نيكل مانند Kupfernickle نيكلين يا مس دروغين يا كاذب بود كه ارزش آن بخاطر شيشه رنگي سبز بود.

در سال 1751، Baron Axel Fredrik Crostedt تلاش نمود تا مس را از Kupfernickle استخراج نمايد (كه حالا نيكوليت ناميده مي شود) و در عوض يك فلز سفيد بدست مي آيد كه نيكل نام دارد. سكه نيكل اوليه فلز خالصي بود كه در سال 1881 ايجاد شد.

تصور مي شود كه نيكل از واژه “kupfer Nickle” گرفته شده باشد كه معدنكاران قرون وسطاي ساكسون به كاني اي كه به اشتباه آنرا كانه مس مي پنداشتند ولي نمي توانستند از آن مس استحصال كنند اطلاق مي شد ولي اين كاني آرسنيد نيكل يا نيكوليت (NiAs) بود.

براي نخستين بار، كاني شناس سوئدي اكسل كرونستد در سال 1751، نيكل را بصورت يك فلز جدا كرد كه اين عمل در حين مطالعه گرسدورفيت (NiAsS) معدن Los سوئد اتفاق افتاد. موقعيت نيكل بعنوان يك عنصر مستقل در سال 1775 توسط توربرن برگمان و همكارانش تأييد شد اما اين مسئله تا سال 1804 كه جرميس ريشتر يك نمونه نسبتاً خالص از فلز را بدست آورد و خواص آنرا توصيف كرد، بطور جدي مطرح نشده بود.

آلياژهاي نيكل دار را مدتها پيش از كرونستد بكار مي بردند. چيني ها براي سده هاي متمادي از مس سفيد (40% مس، 32% نيكل، 25% روي و 3% آهن) كه ظاهري نقره‌اي داشت، استفاده مي كردند. اين مواد در اواخر قرن هيجده به مقدار كمي در اروپا استفاده مي شود. بعلت بهاي آن كه  بهاي نقره است، اين آلياژ توانايي بالقوه اي دارد تا جانشين نقره شود. تا دهه 1830، آلياژهاي مس، نيكل، روي كه بنام نقره آلماني شهرت داشتند و پس از آن آلياژ نيكل نقره در حد تجاري و كلان در آلمان و انگلستان به ميزان فراواني توليد مي شدند. علاوه بر رنگ نقره اي آن، قالبگيري و كار كردن آن ساده بود، در برابر هوازدگي مقاومت مي كرد و توليد اقتصادي بود. تغيير و ابداع چشمگير بعدي در سال 1857 رخ داد كه در آن هنگام آمريكا سكه هاي مس، نيكل ضرب كرد (داراي 12% نيكل) و ديگر كشورها از آن تقليد كردند.

در اواسط دهه 1800، نيكل به ميزان كمي از كانه هاي سولفيدي معادن آلمان، نروژ، سوئد و روسيه توليد مي شد. هر چند كه نيكل فلزي خالص براي نخستين بار در سال 1838 در آلمان توليد شد، توليد جهاني نيكل تا سال 1876 كمتر از 1000 تن در سال بود.

در فاصله سالهاي 1880-1870، وقتيكه پاركز، ماربو و رايلي كاربرد آنرا در تهيه آلياژ نشان دادند و فلايت مان موفق به تهيه نيكل چكش خوار شد و آبكاري با نيكل با موفقيت انجام شد، تقاضا براي نيكل به يكباره افزايش يافت. اولين ورق زره فولاد نيكل در سال 1885 در فرانسه و پس از مدت كوتاهي در ايتاليا، انگلستان و آمريكا ساخته شد. در اوايل 1890 خصوصيات مناسب فولادهاي نيكل در نيروي دريايي منجر به تقاضاي شديد براي نيكل شد.

در سال 1863، پير گارنير، كانه هاي اكسيد نيكل نيوكالدونيا را كشف كرد و از سال 1875 اين جزيره فرانسوي، بزرگترين توليد كننده نيكل شد كه تا سال 1905 كه جزء كانادا شد، اين مقام را همچنان حفظ كرد. استخراج كانه هاي سولفيدي حوضه سادبري در اونتاريوي كانادا از سال 1886 آغاز گشت و اين پيكره هاي معدني، مهمترين ذخيره‌هاي نيكل جهان را براي عرضه به بازارهاي جهاني براي زمان طولاني از قرن بيستم در اختيار داشتند. حتي در سال 1950، منطقه سادبري 95% نيكل دنياي غرب را تأمين مي كرد. 

منابع و مراجع

1-S.P.Cooper, A.Strong, “High temperature stability of pack aluminide coating on IN738LC”, High temperature alloys for gas turbines, 1982, pp.249-260.

2-R.Jaffe, “Turbines and industrial application”, source book on materials for elevated- temperature applications, ASM, 1979, pp.19-33

3-E.F.Bradley, Superalloys-A technical guide, ASM International, 1988.

4-F.Faber, “The role of chromium in corrosion and oxidation resistant alloys and coating”, “high temperature alloys for gas turbines, 1978, pp.69.

5-G.William Goward, proceedings on the Electrochemical society, Vol. 77-1 pp.369-384

6-R.Bauer, H.W.Grunling and K. Schneider, “Hot-Corrosion behavior of chromium diffusion coatings”, Materials and coating to resist high temperature corrosion, pp.369-387.

7-R.Bianco, M.A.Harper and R.A.Rapp, “Co-depositing elements by halide activated pack cementation”, J.of metals, Nov. 1991, pp.68-73.

8-Henry M.J.Mazille, “Chemical Vapour deposion of chromium on to Nickle”, Thin solid film, 65, 1980, pp.67-74