固定太空梭用什麼材料？——因科鎳合金簡介

這是最近開設的新系列「超級合金」專題第三篇，前兩期我們聊了聊超級合金的綜述和大家耳熟能詳的哈氏合金。今天我們說下超級合金中的另一個大品類：因科鎳合金。

什麼是因科鎳合金

因科鎳合金是英文Inconel的中文音譯，它本質上是一組奧氏體鎳-鉻基超級合金的統稱。

Inconel系列最早開發於1940年代，是英國赫里福德 (Hereford, England)的威金斯合金廠（Wiggin Alloys）研發的產品，以支持惠特爾噴射引擎（Whittle jet engine）的相關研究。

該廠後來被美國的特殊金屬公司（Special Metals Corporation）收購。

因科鎳合金（Inconel）的特點

Inconel的特點和哈氏合金類似，或者說這是超級合金之所以被冠以「超級」兩字的原因：和其他金屬材料比更加耐氧化、耐腐蝕。

常見工程金屬材料（如鋼、鋁等）只要遇上高溫，往往晶體內部就開始產生晶格空穴缺陷，進而導致嚴重蠕變現象。通俗地說，就是會在高溫下結構強度下降，使製造出來的產品失去原來的功能。

舉個典型應用的例子

大家都知道太空梭發射前必須固定在發射平台上。怎麼固定呢？用8個大型雙頭螺栓，通過機械連接來支撐整個待發射太空梭系統的重量。

發射場通常建設在荒漠中，環境惡劣，發射時溫度也相當高，所以這8個雙頭螺栓用的可不是普通材料。它不但要有一定的強度，還要耐高溫、耐腐蝕、適應高壓高動能要求，只能使用因科鎳合金製造。

8個巨大的因科鎳螺栓用易碎螺母固定，在發射時通過爆炸物分離螺母，就能釋放發射平台上的太空梭了。

PS：這是 歐冶知鋼 的孫忠明老師查閱資料找到的一種非常典型的應用，還有其他一些非常有趣的應用，我們下篇詳細解說。

因科鎳合金的特性和原理

耐蝕性：

Inconel受熱時，合金表面會鈍化出一層又厚又穩定的鈍化氧化層，保護合金內部不受腐蝕。

耐高溫：

不同類別的Inconel，利用固溶強化或析出硬化的機制在高溫下維持良好機械性質。Inconel在很廣的溫度範圍內，能維持良好的力學性能。

這使得因科鎳合金適用於各種高溫、高壓的嚴苛環境。這是常見的工程金屬材料如鋼、鋁等所做不到的。

小知識

1、工程上有時簡稱Inconel為"Inco"（或誤拼為"iconel"）。常見的因科鎳625合金商標名包含：

Inconel 625, Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625 及 Nicrofer 6020等。

2、不同型號的Inconel有著大不相同的化學成分，然而皆由鎳為主成分，而鉻佔比第二。

3、對採取析出強化或時效強化作為強化機制的這些Inconel而言，少量鈮和鎳結合，形成金屬間化合物Ni3Nb或稱為γ』相。

γ』相會長成細小的立方晶胞，在高溫下有效阻止滑移和蠕變的進行。γ』相會隨時間長大，特別是暴露於850℃的熱環境3小時後，並在暴露於72小時後繼續長大。

這是因科鎳耐高溫的主要原理。

典型用途和加工應用

下期我們會為大家介紹因科鎳合金應用方面的知識，包括因科鎳合金的主要牌號，以及用途、連接、機械加工等方面的特點。

因科鎳作為一種超級合金，不但原料生產代表非常高的技術水平，合理的加工使用也是非常重要的功課。

比如，網路上常有傳聞，中國造不出高溫零件不但受限於原料製造環節，加工成型也是瓶頸。瓶頸在哪裡呢？這就要從因科鎳的加工性說起了，非常有趣，我們下期接著聊～

來源：歐冶材料技術中心

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