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금속 코팅 외에도, 니켈 합금 튜브의 고온 저항성은 합금 조성을 최적화하고, 표면 개질 처리를 수행하며, 제조 공정을 개선하고, 적절한 단열 조치를 채택함으로써 향상될 수 있습니다. 자세한 내용은 다음과 같습니다:
합금 조성 최적화
고융점 원소 첨가: 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re) 및 기타 고융점 원소를 첨가하면 니켈 합금의 융점과 고온 강도를 향상시킬 수 있습니다. 이러한 원소는 합금 내에서 고용체를 형성하여 원자간 결합력을 증가시키고 합금의 고온 변형 저항 능력을 향상시킵니다. 예를 들어, 니켈 기반 합금을 사용하는 일부 항공기 엔진에서는 텅스텐과 몰리브덴 함량이 더 높아서 1000℃ 이상의 고온에서도 합금이 우수한 기계적 특성을 유지합니다.
희토류 원소 첨가: 세륨(Ce), 란탄(La) 등과 같은 희토류 원소를 니켈 합금에 첨가하면 합금의 산화 저항성을 향상시킬 수 있습니다. 희토류 원소는 입자를 미세화하고, 산화막의 밀도와 접착력을 향상시키며, 산화 속도를 늦추어 합금의 고온 저항성을 향상시킵니다.
표면 개질 처리
레이저 표면 처리: 니켈 합금 튜브 표면에 레이저 빔을 사용하면 표면에 미세 입자 조직이 형성되어 표면 경도와 강도가 향상될 수 있습니다. 동시에 레이저 처리는 표면에 압축 응력을 유도하여 피로 저항성을 향상시키며, 이는 고온에서 튜브의 종합적인 성능을 향상시키는 데 도움이 됩니다.
이온 주입: 특정 이온을 니켈 합금 튜브 표면에 주입하면 표면의 화학적 조성과 조직 구조가 변경되어 특수한 특성을 가진 개질층이 형성될 수 있습니다. 예를 들어, 탄소, 질소 및 기타 원소를 주입하면 표면 경도와 내마모성이 향상되어 고온 환경에서 마모로 인한 재료 파손을 줄여 고온 저항성을 향상시킵니다.
제조 공정 개선
분말 야금 공정: 분말 야금 방법을 사용하여 니켈 합금 튜브를 제조하면 더욱 균일한 조직 구조와 더 높은 밀도를 얻을 수 있습니다. 분말의 입자 크기, 조성 및 소결 공정을 정밀하게 제어하여 합금의 고온 성능을 향상시킬 수 있습니다. 분말 야금 니켈 합금은 기존의 주조 또는 단조 공정에 비해 고온에서 더 나은 강도와 크리프 저항성을 갖습니다.
열간 등방 압축 공정: 제조 공정 중에 니켈 합금 튜브에 열간 등방 압축 공정을 적용합니다. 이 공정은 재료 내의 기공과 결함을 제거하고 재료의 밀도와 균질성을 향상시켜 고온에서 합금의 기계적 특성과 내식성을 향상시킵니다.
단열 조치 채택
단열재 설치: 세라믹 섬유, 암면 등과 같은 단열재를 니켈 합금 튜브 외부에 감쌉니다. 이러한 단열재는 낮은 열전도율과 우수한 고온 저항성을 가지고 있어 튜브와 외부 고온 환경 간의 열 교환을 줄이고 튜브의 표면 온도를 낮추어 튜브 재료에 대한 고온의 영향을 완화하고 고온 저항성을 향상시킵니다.
공기 냉각 구조 설계: 튜브 주변에 공기 냉각 채널을 설계하여 찬 공기가 채널을 흐르면서 튜브 표면의 열을 제거합니다. 이 방법은 튜브의 작동 온도를 효과적으로 낮추고 고온 환경에서 신뢰성과 수명을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 일부 산업용 용광로의 니켈 합금 배관 시스템에서 공기 냉각 구조를 사용하면 튜브의 표면 온도를 100 - 200℃ 낮출 수 있습니다.