การโตแบบหลายชั้นในกระบวนการอะลูมิไนซิงของนิกเกิลบริสุทธิ์ที่ปรับปรุงด้วยซิลิคอน

Abstract

วัสดุนิกเกิลและโลหะผสมนิกเกิลมักเกิดปัญหาในการใช้งานที่อุณหภูมิสูงจากออกซิเดชั่นจึงมีการทำอะลูมิไนซิงเพื่อปกป้องผิวของวัสดุ โดยอะลูมิไนซิงคือกระบวนการในการปรับปรุงผิวด้วยการเพิ่มอะลูมิเนียมเข้าไปยังชิ้นงานเพื่อสร้างชั้นสารประกอบขึ้น ซึ่งกระบวนการดังกล่าวถูกควบคุมด้วยวิธีการแพร่ดังนั้นการโตของชั้นสารประกอบจึงแปรผันกับอุณหภูมิและเวลา ในการประมาณค่าความหนาของชั้นสารประกอบที่เกิดขึ้นหนึ่งในตัวแปรที่สำคัญคือค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ของตัวแพร่ซึ่งขึ้นอยู่กับสัดส่วนทางเคมีของเนื้อพื้นในวัสดุ งานวิจัยจึงพัฒนาแบบจำลองที่ใช้ในการประมาณค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ด้วยระเบียบวิธีผลต่างสืบเนื่อง เพื่อศึกษาถึงกลไกการโตของชั้นสารประกอบโดยมีสมมุติฐานข้างต้นดังนี้ ก. มีเพียงการแพร่เข้าของอะลูมิเนียมเท่านั้นและไม่มีการแพร่ออก ข. ค่าความเข้มข้นที่ผิวและรอยต่อเฟสมีค่าคงที่และคำนวณจากแผนภูมิเฟส โดยงานวิจัยได้มีการรตรวจสอบความแม่นยำของแบบจำลองด้วยการเปรียบเทียบความหนาของชั้นสารประกอบที่ได้จากแบบจำลองในการทำอะลูมิไนซิงบนชิ้นงานนิกโครมโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่เดียวกันซึ่งให้ผลไปในทิศทางเดียวกัน จากนั้นจึงปรับใช้แบบจำลองในการประมาณค่าสัมประสิทธิ์การแพร่แบบตัวแพร่ 1 ชนิดของอะลูมิเนียมในชิ้นงาน Inconel 738 และในชิ้นงาน Haynes 214 และแบบตัวแพร่ 2 ชนิดโดยมีอะลูมิเนียมและซิลิคอนเป็นตัวแพร่ในชิ้นงานนิกเกิลบริสุทธิ์ ซึ่งในกรณีของตัวแพร่แบบ 1 ชนิดพบว่า frequency factor (D0) และ activation energy (Q) ของอะลูมิเนียมในชิ้นงาน Inconel 738 ในช่วงอุณหภูมิ มีค่าเท่ากับ 4.10×10-5 m2·s-1 และ 144.7 kJ∙mol-1 ตามลำดับและในกรณีของชิ้นงาน Haynes 214 มีค่าของ D0 และ Q เท่ากับ 4.73×10-5 m2·s-1 และ 142.5 kJ∙mol-1 และในส่วนของการแพร่แบบ 2 ชนิดพบว่ามีค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ดังนี้ DAl/NI2Al3 = 3.5 × 10-11 m2∙s-1 DAl/NIAl = 1.2 × 10-13 m2∙s-1 DSi/NI2Al3 = 3.5 × 10-11 m2∙s-1 และ DSi/NIAl = 1.0 × 10-14 m2∙s-1