
Τα υπερκράματα με βάση το κοβάλτιο είναι μια κατηγορία μεταλλικών υλικών υψηλής απόδοσης που έχουν σχεδιαστεί για να διατηρούν εξαιρετική μηχανική αντοχή, σταθερότητα επιφάνειας και αντοχή στη διάβρωση σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, συχνά υπερβαίνουσες εκείνες όπου τα υπερκράματα με βάση το νικέλιο αρχίζουν να εξασθενούν. Αποτελούν έναν ακρογωνιαίο λίθο για κρίσιμα εξαρτήματα στα πιο απαιτητικά περιβάλλοντα, ιδιαίτερα στην αεροδιαστημική, στους βιομηχανικούς αεριοστρόβιλους και στα ιατρικά εμφυτεύματα.
Η ανώτερη απόδοσή τους πηγάζει από μια ενισχυμένη μήτρα κοβαλτίου-χρωμίου και έναν μεγάλο όγκο σκληρών, πυρίμαχων σωματιδίων καρβιδίου.
Εξαιρετική αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες: Τα κράματα κοβαλτίου παρουσιάζουν υψηλότερα σημεία τήξης και καλύτερη θερμότητα σκληρότητας και αντοχή σε ερπυσμό από τα κράματα νικελίου σε θερμοκρασίες άνω των 1000°C (1832°F). Αυτό σημαίνει ότι αντιστέκονται στη μαλάκυνση και την παραμόρφωση υπό πίεση σε θερμοκρασίες κοντά στο σημείο τήξης.
Εξαιρετική αντίσταση στη φθορά και στη φθορά: Η εγγενής σκληρότητά τους, που συχνά ενισχύεται από ένα δίκτυο σκληρών καρβιδίων, παρέχει εξαιρετική αντοχή στη φθορά από τριβή, στη φθορά της κόλλας (θολώματα) και στη φθορά. Αυτό τα καθιστά ιδανικά για εφαρμογές που αντιμετωπίζουν τη φθορά.
Εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση και την οξείδωση: Η υψηλή περιεκτικότητα σε χρώμιο (συχνά πάνω από 20%) σχηματίζει μια προστατευτική, προσκολλημένη κλίμακα οξειδίου του χρωμίου (Cr2O3) που αντιστέκεται στην αποικοδόμηση σε οξειδωτικές και σουλφιδώδεις ατμόσφαιρες.
Ανώτερη αντίσταση στη θερμική κόπωση: Μπορούν να αντέξουν επαναλαμβανόμενους κύκλους θέρμανσης και ψύξης χωρίς ρωγμές, μια κρίσιμη ιδιότητα για εξαρτήματα όπως πτερύγια τουρμπίνας.
Η απόδοση των υπερκραμάτων κοβαλτίου προέρχεται από διάφορους βασικούς μηχανισμούς:
Ενίσχυση στερεού διαλύματος: Στοιχεία όπως το βολφράμιο (W) και το μολυβδαίνιο (Mo) διαλύονται στη μήτρα του κοβαλτίου, εμποδίζοντας την κίνηση της εξάρθρωσης.
Κατακρήμνιση καρβιδίου: Ο σχηματισμός σκληρών καρβιδίων (π.χ. Cr7C3, Cr23C6, WC, TaC) σε όλη τη μικροδομή παρέχει τεράστια αντοχή σε ερπυσμό και φθορά. Το μέγεθος, ο τύπος και η κατανομή αυτών των καρβιδίων είναι κρίσιμα για την απόδοση.
Η αλλοτροπία του κοβαλτίου: Το κοβάλτιο υφίσταται μετασχηματισμό φάσης κατά τη θέρμανση, και αυτό το χαρακτηριστικό αξιοποιείται για την ενίσχυση των ιδιοτήτων μέσω θερμικής επεξεργασίας και θερμομηχανικής επεξεργασίας.
Τα υπερκράματα με βάση το κοβάλτιο είναι απαραίτητα σε εφαρμογές όπου η αστοχία δεν αποτελεί επιλογή.
Αεροδιαστημική και τουρμπίνες παραγωγής ενέργειας: Χρησιμοποιούνται για σταθερά εξαρτήματα όπως:
Πτερύγια στροβίλου και οδηγοί πτερυγίων ακροφυσίων: Όπου συναντώνται οι υψηλότερες θερμοκρασίες αερίου και η αντίσταση ερπυσμού είναι πρωταρχικής σημασίας.
Industrial Wear Components: Η βάση για τα κράματα Stellite™, που χρησιμοποιείται για:
Έδρες βαλβίδων & επένδυση σε βαλβίδες υψηλής πίεσης, υψηλής θερμοκρασίας.
Σύρματα και ράβδοι σκληρής επικάλυψης για την επίστρωση επιφανειών κρίσιμης φθοράς σε εργαλεία και μηχανήματα.
Μανίκια αντλίας, άξονες και μαχαίρια κοπής.
Ιατρικά εμφυτεύματα: Χρησιμοποιούνται σε ορθοπεδικά εμφυτεύματα (ειδικά για επιφάνειες που φέρουν μέταλλο σε μέταλλο) λόγω της εξαιρετικής βιοσυμβατότητάς τους, της αντοχής στη φθορά και της αντοχής στη διάβρωση στο ανθρώπινο σώμα.
Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τα βασικά χαρακτηριστικά για μια γρήγορη επισκόπηση:
| Χαρακτηριστικό | Περιγραφή | Πλεονέκτημα |
| Στοιχείο βάσης | Κοβάλτιο (Co), με υψηλή περιεκτικότητα σε Χρώμιο (Cr). | Παρέχει τη βασική μήτρα για απόδοση σε υψηλή θερμοκρασία και αντοχή στη διάβρωση. |
| Βασικά Ενδυναμωτικά | Βολφράμιο (W), Μολυβδαίνιο (Mo) και Άνθρακα (C) για σχηματισμό καρβιδίου. | Προσδίδει αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία, αντοχή σε ερπυσμό και αντοχή στη φθορά. |
| Θερμοκρασία λειτουργίας | Πολύ υψηλό, υπερβαίνει τους 1000°C (1832°F). | Επιτρέπει υψηλότερη απόδοση και απόδοση κινητήρα σε ακραία περιβάλλοντα. |
| Βασικές Ιδιότητες | Θερμή σκληρότητα, αντοχή σε ερπυσμό, αντοχή στη φθορά και στη διάβρωση. | Ένας μοναδικός συνδυασμός για τις πιο αυστηρές συνθήκες εξυπηρέτησης. |
| Κοινές φόρμες | Χυτά εξαρτήματα, σφυρήλατη ράβδος/πλάκα, σκόνη για HIP, κράματα σκληρής επιφάνειας. | Ευέλικτη κατασκευή τόσο για σύνθετα εξαρτήματα σε σχήμα σχεδόν δίχτυ όσο και για προστατευτικές επιστρώσεις. |
| Πρωτογενείς Βιομηχανίες | Αεροδιαστημική, Παραγωγή Ενέργειας, Ιατρική, Χημική & Πετροχημική. | Το υλικό της επιλογής όπου συγκλίνουν οι ακραίες θερμοκρασίες και η φθορά. |
Συνοπτικά, Υπερκράματα με βάση το κοβάλτιο είναι εξειδικευμένα αλλά κρίσιμα υλικά που ωθούν τα όρια της μηχανικής υψηλής θερμοκρασίας. Αν και συχνά είναι πιο ακριβά και πιο πυκνά από τα υπερκράματα νικελίου, η απαράμιλλη απόδοσή τους σε συγκεκριμένους τομείς —ιδιαίτερα η αντοχή σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, η θερμική κόπωση και η αντοχή στη φθορά— διασφαλίζουν τον ζωτικό τους ρόλο στην προηγμένη τεχνολογία.