กลไกการเกิดชั้นสารประกอบนิกเกิลอะลูมิไนด์ที่ใกล้จุดหลอมเหลวของอะลูมิเนียม

Abstract

โลหะผสมนิกเกิลถูกใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมที่อุณหภูมิสูง เช่น ใบพัดในอุตสาหกรรมกังหันแก๊ส รวมถึงชิ้นส่วนต่าง ๆ ที่ต้องทนต่ออุณหภูมิสูง และกระบวนการอะลูมิไนซิงเป็นกระบวนการหนึ่งที่นิยมใช้ในการเพิ่มความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชั่นในโลหะผสมนิกเกิล ด้วยการทำให้เกิดการแพร่และเกิดสารประกอบนิกเกิลอะลูมิไนด์บนผิวนิกเกิล จากงานวิจัยที่ผ่านมาได้ทำการทดลองที่ 1073 เคลวิน ซึ่งอยู่สูงกว่าจุดหลอมเหลวอะลูมิเนียม ยืนยันว่าเฟสที่เกิดขึ้นในการทำอะลูมิไนซิง คือเฟสของสารประกอบ Ni2Al3 และ NiAl3 โดยมี Ni2Al3 เป็นเฟสหลักที่เกิดขึ้นในชั้นสารประกอบ งานวิจัยครั้งนี้ต้องการศึกษาโครงสร้างจุลภาค และสารประกอบที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 873 เคลวิน ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่อยู่ต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของอะลูมิเนียมเล็กน้อยที่เวลาต่าง ๆ กัน โดยมีการอบขึ้นไปที่อุณหภูมิ 1073 เคลวิน เป็นเวลา 5 นาที เพื่อให้นิกเกิลและอะลูมิเนียมยึดติดกันก่อน จากนั้นวัดความหนาและศึกษากลไกการแพร่ของนิกเกิลในสารประกอบ Ni2Al3 ซึ่งเฟสที่เกิดขึ้นหลักคือ Ni2Al3 ส่วนเฟส NiAl3 มีน้อยลง จนถึงไม่มีเลย สำหรับการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ของนิกเกิลในสารประกอบ Ni2Al3 นั้นคำนวณโดยใช้หลักการแพร่ในระบบของโลหะผสมที่ละลายกันอย่างไม่สมบูรณ์ แนวคิดเรื่องสมดุลมวล ผลต่างของฟลักซ์ที่รอยต่อระหว่างเฟสทำให้เกิดการสะสมของอะตอมที่ชั้นสารประกอบ ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ของนิกเกิลใน Ni2Al3 ที่อุณหภูมิ 873 เคลวิน มีค่า 4.19 x 10-12 ตารางเมตรต่อวินาที และจากสมการการแพร่ของอาร์เรเนียส D = Doexp(-Q/RT) พบว่าพลังงานก่อกัมมันต์สำหรับการแพร่ของนิกเกิลใน Ni2Al3 มีค่า 288 กิโลจูลต่อโมล