
سوپرآلیاژهای مبتنی بر کبالت دستهای از مواد فلزی با کارایی بالا هستند که برای حفظ استحکام مکانیکی استثنایی، پایداری سطح و مقاومت در برابر خوردگی در دماهای بسیار بالا طراحی شدهاند که اغلب بیشتر از دمایی است که سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل شروع به ضعیف شدن میکنند. آنها سنگ بنای اجزای حیاتی در سخت ترین محیط ها، به ویژه در هوافضا، توربین های گاز صنعتی، و ایمپلنت های پزشکی هستند.
عملکرد برتر آنها از ماتریس کبالت-کروم تقویت شده و حجم بالایی از ذرات کاربید سخت و نسوز ناشی می شود.
استحکام استثنایی در دمای بالا: آلیاژهای کبالت نسبت به آلیاژهای نیکل در دماهای بالاتر از 1000 درجه سانتی گراد (1832 درجه فارنهایت) نقاط ذوب بالاتر و سختی گرم و مقاومت در برابر خزش بهتری از خود نشان می دهند. این بدان معنی است که آنها در برابر نرم شدن و تغییر شکل تحت تنش در دمای نزدیک به نقطه ذوب مقاومت می کنند.
مقاومت فوق العاده در برابر سایش و ضربه زدن: سختی ذاتی آنها، که اغلب توسط شبکه ای از کاربیدهای سخت افزایش می یابد، مقاومت بسیار خوبی در برابر سایش ساینده، سایش چسب (گال زدن) و فرسایش ایجاد می کند. این باعث می شود که آنها برای برنامه های کاربردی در برابر سایش ایده آل باشند.
مقاومت عالی در برابر خوردگی و اکسیداسیون گرم: محتوای بالای کروم (اغلب بیش از 20٪) یک مقیاس اکسید کروم محافظ و چسبنده (Cr2O3) را تشکیل می دهد که در برابر تخریب در اتمسفرهای اکسید کننده و سولفید کننده مقاومت می کند.
مقاومت در برابر خستگی حرارتی برتر: آنها می توانند چرخه های مکرر گرمایش و سرمایش بدون ترک خوردگی را تحمل کنند، که یک ویژگی حیاتی برای قطعاتی مانند پره های توربین است.
عملکرد سوپرآلیاژهای کبالت از چندین مکانیسم کلیدی ناشی می شود:
تقویت محلول جامد: عناصری مانند تنگستن (W) و مولیبدن (Mo) در ماتریس کبالت حل می شوند و مانع حرکت نابجایی می شوند.
بارش کاربید: تشکیل کاربیدهای سخت (مانند Cr7C3، Cr23C6، WC، TaC) در سرتاسر ریزساختار مقاومت بسیار زیادی در برابر خزش و سایش ایجاد می کند. اندازه، نوع و توزیع این کاربیدها برای عملکرد بسیار مهم است.
آلوتروپی کبالت: کبالت پس از گرم شدن دچار تغییر فاز می شود و از این ویژگی برای افزایش خواص از طریق عملیات حرارتی و پردازش حرارتی-مکانیکی استفاده می شود.
سوپرآلیاژهای مبتنی بر کبالت در کاربردهایی که خرابی یک گزینه نیست، ضروری هستند.
توربین های هوافضا و تولید نیرو: برای اجزای ثابت مانند:
پرههای توربین و پرههای راهنمای نازل: جایی که بالاترین دمای گاز وجود دارد و مقاومت در برابر خزش بسیار مهم است.
اجزای سایش صنعتی: اساس آلیاژهای Stellite™ که برای:
صندلیهای سوپاپ و برش در شیرهای فشار بالا و دمای بالا.
سیم ها و میله های سخت برای پوشش سطوح سایش حساس بر روی ابزار و ماشین آلات.
آستین پمپ، شفت، و چاقوهای برش.
ایمپلنت های پزشکی: به دلیل زیست سازگاری عالی، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی در بدن انسان، در ایمپلنت های ارتوپدی (مخصوصاً برای سطوح باربر فلز روی فلز) استفاده می شود.
جدول زیر ویژگی های کلیدی را برای یک مرور کلی خلاصه می کند:
| ویژگی | توضیحات | مزیت |
| عنصر پایه | کبالت (Co)، با محتوای کروم (Cr) بالا. | ماتریس اساسی را برای عملکرد در دمای بالا و مقاومت در برابر خوردگی فراهم می کند. |
| تقویت کننده های کلیدی | تنگستن (W)، مولیبدن (Mo) و کربن (C) برای تشکیل کاربید. | استحکام در دمای بالا، مقاومت در برابر خزش و مقاومت در برابر سایش را ایجاد می کند. |
| دمای عملیاتی | بسیار بالا، بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد (1832 درجه فارنهایت). | راندمان موتور و عملکرد بالاتر در محیط های شدید را امکان پذیر می کند. |
| ویژگی های کلیدی | سختی گرم، مقاومت در برابر خزش، مقاومت در برابر سایش و خوردگی. | ترکیبی منحصر به فرد برای سخت ترین شرایط خدمات. |
| فرم های رایج | اجزای ریخته گری، میله/صفحه فرفورژه، پودر برای HIP، آلیاژهای سخت. | تولید همه کاره برای قطعات پیچیده به شکل شبکه و پوشش های محافظ. |
| صنایع اولیه | هوافضا، تولید برق، پزشکی، شیمیایی و پتروشیمی. | ماده انتخابی در جایی که دما و سایش شدید همگرا می شوند. |
به طور خلاصه، سوپرآلیاژهای مبتنی بر کبالت مواد مهم اما مهمی هستند که مرزهای مهندسی در دمای بالا را جابجا می کنند. در حالی که اغلب گرانتر و متراکمتر از سوپرآلیاژهای نیکل هستند، عملکرد بینظیر آنها در مناطق خاص - به ویژه استحکام در دمای بسیار بالا، خستگی حرارتی و مقاومت در برابر سایش - نقش حیاتی آنها را در فناوری پیشرفته تضمین میکند.