
Op kobalt gebaseerde superlegeringen zijn een klasse hoogwaardige metalen materialen die zijn ontworpen om uitzonderlijke mechanische sterkte, oppervlaktestabiliteit en corrosieweerstand te behouden bij extreem hoge temperaturen, vaak hoger dan die waarbij op nikkel gebaseerde superlegeringen beginnen te verzwakken. Ze vormen een hoeksteenmateriaal voor kritische componenten in de meest veeleisende omgevingen, met name in de lucht- en ruimtevaart, industriële gasturbines en medische implantaten.
Hun superieure prestaties komen voort uit een versterkte kobalt-chroommatrix en een hoog volume aan harde, vuurvaste carbidedeeltjes.
Uitzonderlijke sterkte bij hoge temperaturen: Kobaltlegeringen vertonen hogere smeltpunten en betere hete hardheid en kruipweerstand dan nikkellegeringen bij temperaturen boven 1000°C (1832°F). Dit betekent dat ze bestand zijn tegen verweking en vervorming onder spanning bij temperaturen nabij het smeltpunt.
Uitstekende slijtvastheid en vreetweerstand: Hun inherente hardheid, vaak versterkt door een netwerk van harde carbiden, biedt uitstekende weerstand tegen schurende slijtage, adhesieve slijtage (vreten) en wrijving. Dit maakt ze ideaal voor toepassingen waarbij slijtage optreedt.
Uitstekende weerstand tegen hete corrosie en oxidatie: Het hoge chroomgehalte (vaak meer dan 20%) vormt een beschermende, hechtende chroomoxide (Cr₂O₃) aanslag die bestand is tegen afbraak in oxiderende en sulfiderende atmosferen.
Superieure weerstand tegen thermische vermoeidheid: ze zijn bestand tegen herhaalde cycli van verwarming en koeling zonder te barsten, een cruciale eigenschap voor componenten zoals turbineschoepen.
De prestaties van kobaltsuperlegeringen zijn afgeleid van verschillende sleutelmechanismen:
Versterking van vaste oplossingen: Elementen zoals wolfraam (W) en molybdeen (Mo) lossen op in de kobaltmatrix, waardoor de beweging van dislocaties wordt belemmerd.
Carbideprecipitatie: De vorming van harde carbiden (bijv. Cr₇C₃, Cr₂₃C₆, WC, TaC) door de microstructuur heen biedt een enorme weerstand tegen kruip en slijtage. De grootte, het type en de distributie van deze carbiden zijn van cruciaal belang voor de prestaties.
De kobalt-allotropie: Kobalt ondergaat een fasetransformatie bij verhitting, en deze eigenschap wordt benut om de eigenschappen te verbeteren door middel van warmtebehandeling en thermomechanische verwerking.
Op kobalt gebaseerde superlegeringen zijn onmisbaar in toepassingen waar falen geen optie is.
Lucht- en ruimtevaart- en energieopwekkingsturbines: gebruikt voor stationaire componenten zoals:
Turbineschoepen en mondstukgeleidingsschoepen: Waar de hoogste gastemperaturen voorkomen en kruipweerstand van het grootste belang is.
Industriële slijtagecomponenten: De basis voor Stellite™-legeringen, gebruikt voor:
Klepzittingen en trim in hogedruk- en hogetemperatuurkleppen.
Hardoplasbare draden en staven voor het coaten van kritische slijtageoppervlakken op gereedschappen en machines.
Pomphulzen, assen en snijmessen.
Medische implantaten: Gebruikt in orthopedische implantaten (vooral voor metaal-op-metaal draagoppervlakken) vanwege hun uitstekende biocompatibiliteit, slijtvastheid en corrosieweerstand in het menselijk lichaam.
De volgende tabel vat de belangrijkste kenmerken samen voor een snel overzicht:
| Functie | Beschrijving | Voordeel |
| Basiselement | Kobalt (Co), met een hoog chroomgehalte (Cr). | Biedt de fundamentele matrix voor prestaties bij hoge temperaturen en corrosiebestendigheid. |
| Belangrijkste versterkingen | Wolfraam (W), molybdeen (Mo) en koolstof (C) voor carbidevorming. | Zorgt voor sterkte bij hoge temperaturen, kruipweerstand en slijtvastheid. |
| Bedrijfstemperatuur | Zeer hoog, uitstekend boven 1000°C (1832°F). | Maakt hogere motorefficiëntie en prestaties mogelijk in extreme omgevingen. |
| Belangrijkste eigenschappen | Hete hardheid, kruipweerstand, slijtvastheid en corrosiebestendigheid. | Een unieke combinatie voor de zwaarste gebruiksomstandigheden. |
| Algemene formulieren | Gegoten onderdelen, gesmeed staaf/plaat, poeder voor HIP, hardoplaslegeringen. | Veelzijdige productie voor zowel complexe bijna netvormige onderdelen als beschermende coatings. |
| Primaire industrieën | Lucht- en ruimtevaart, energieopwekking, medisch, chemisch en petrochemisch. | Het materiaal bij uitstek waar extreme temperaturen en slijtage samenkomen. |
Samenvattend, Op kobalt gebaseerde superlegeringen Het zijn niche-maar kritische materialen die de grenzen van hoge-temperatuurtechniek verleggen. Hoewel ze vaak duurder en dichter zijn dan nikkel-superlegeringen, verzekeren hun ongeëvenaarde prestaties op specifieke gebieden – met name sterkte bij zeer hoge temperaturen, thermische vermoeidheid en slijtvastheid – hun cruciale rol in geavanceerde technologie.