
Суперсплави на основі кобальту — це клас високоефективних металевих матеріалів, призначених для збереження виняткової механічної міцності, стабільності поверхні та стійкості до корозії при надзвичайно високих температурах, які часто перевищують ті, при яких суперсплави на основі нікелю починають слабшати. Вони є наріжним матеріалом для критичних компонентів у найскладніших середовищах, зокрема в аерокосмічній галузі, промислових газових турбінах і медичних імплантатах.
Їх чудова продуктивність пояснюється зміцненою кобальт-хромовою матрицею та великим об’ємом твердих тугоплавких карбідних частинок.
Надзвичайна високотемпературна міцність: Кобальтові сплави демонструють вищі температури плавлення та кращу твердість у гарячому стані та опір повзучості, ніж нікелеві сплави при температурах вище 1000°C (1832°F). Це означає, що вони стійкі до розм’якшення та деформації під впливом напруги при температурах, близьких до точки плавлення.
Надзвичайна стійкість до зносу та задирів: їх властива твердість, часто посилена сіткою твердих карбідів, забезпечує відмінну стійкість до абразивного зношування, адгезивного зношування (задирів) і фретингу. Це робить їх ідеальними для зношуваних поверхонь.
Відмінна стійкість до гарячої корозії та окислення: високий вміст хрому (часто понад 20%) утворює захисну, адгезійну накип оксиду хрому (Cr₂O₃), яка протистоїть розкладанню в окиснювальних і сульфідуючих атмосферах.
Висока стійкість до термічної втоми: вони можуть витримувати повторювані цикли нагрівання та охолодження без розтріскування, критичної властивості для таких компонентів, як лопатки турбіни.
Ефективність кобальтових суперсплавів залежить від кількох ключових механізмів:
Зміцнення твердого розчину: такі елементи, як вольфрам (W) і молібден (Mo), розчиняються в кобальтовій матриці, перешкоджаючи руху дислокацій.
Осідання карбіду: утворення твердих карбідів (наприклад, Cr₇C₃, Cr₂₃C₆, WC, TaC) по всій мікроструктурі забезпечує величезний опір повзучості та зношуванню. Розмір, тип і розподіл цих карбідів мають вирішальне значення для продуктивності.
Алотропія кобальту: під час нагрівання кобальт піддається фазовому перетворенню, і ця характеристика використовується для покращення властивостей шляхом термічної обробки та термомеханічної обробки.
Суперсплави на основі кобальту незамінні в тих сферах, де неможлива поломка.
Аерокосмічні й енергетичні турбіни: використовуються для таких стаціонарних компонентів, як:
Лопатки турбіни та направляючі лопатки сопел: там, де зустрічаються найвищі температури газу, і стійкість до повзучості має першочергове значення.
Компоненти промислового зносу: основа для сплавів Stellite™, які використовуються для:
Сідла та обрізки клапанів високого тиску та високої температури.
Наплавлювальні дроти та прути для покриття критичних поверхонь зносу на інструментах і машинах.
Гільзи насосів, вали та ріжучі ножі.
Медичні імплантати: використовуються в ортопедичних імплантатах (особливо для опорних поверхонь «метал на метал») завдяки їхній чудовій біосумісності, зносостійкості та стійкості до корозії в організмі людини.
У таблиці нижче наведено основні функції для швидкого огляду:
| Особливість | опис | Перевага |
| Базовий елемент | Кобальт (Co) з високим вмістом хрому (Cr). | Забезпечує фундаментальну матрицю для високотемпературних характеристик і стійкості до корозії. |
| Ключові зміцнювачі | Вольфрам (W), молібден (Mo) і вуглець (C) для утворення карбіду. | Надає високотемпературну міцність, опір повзучості та зносостійкість. |
| Робоча температура | Дуже висока, вище 1000°C (1832°F). | Забезпечує більш високу ефективність і продуктивність двигуна в екстремальних умовах. |
| Ключові властивості | Гаряча твердість, стійкість до повзучості, стійкість до зношування та корозії. | Унікальна комбінація для найсуворіших умов експлуатації. |
| Загальні форми | Литі компоненти, ковані прутки/плити, порошок для ГІП, наплавлені сплави. | Універсальне виробництво як для складних деталей, що наближаються до чистої форми, так і для захисних покриттів. |
| Основні галузі | Аерокосмічна промисловість, енергетика, медицина, хімія та нафтохімія. | Найкращий матеріал, де екстремальні температури та знос сходяться. |
Таким чином, Суперсплави на основі кобальту є нішевими, але критично важливими матеріалами, які розширюють межі високотемпературної техніки. Незважаючи на те, що вони часто дорожчі та щільніші за нікелеві суперсплави, їх неперевершені характеристики в певних областях, зокрема міцність при дуже високих температурах, термічна втома та зносостійкість, забезпечують їх життєво важливу роль у передовій технології.