فولاد آلومینایز شده ترکیبی از فولاد و آلومینیوم است. آلومینیوم و فولاد مواد تولیدی ایده آلی هستند. آلومینیوم دارای مقاومت شدید در برابر خوردگی است ، در حالی که فولاد به دلیل استحکام بسیار بالا خود قابل توجه است. اما هر دو دارای ضعف‌هایی می‌باشند. به عنوان مثال ، فولادهای ساده کربنی که فاقد مقدار کافی از عنصر کروم برای ایجاد یک لایه اکسید هستند، در برابر زنگ زدگی مقاومت چندانی ندارند. در همین حال، آلومینیوم خالص بسیار ضعیفتر از فولاد است. بنابراین متالورژیست‌ها این دو را با هم ترکیب کرده و ماده مطلوب تری را با نام فولاد آلومینایزه تولید کردند.
مکانیزم آلومینایزینگ فولاد
آلومینایز کردن در مذاب آلومینیوم برای مدت هاست که به عنوان روشی موفق جهت ایجاد لایه نازک از آلومینیوم بر روی زیرلایه فولاد مطرح است تا خواص و شرایط سرویس را برای فولادها بهبود بخشد که یکی از کاربردهای اصلی آن در بهبود مقاومت به خوردگی فولاد می‌باشد. در این فرآیند وقتی سطح زیر لایه فولادی، تر (wet) می‌شود، آلومینیوم می‌تواند به درون آن نفوذ کرده و ترکیب بین فلزی تشکیل دهد. به دلیل میکروسختی بالا و مقدار زیاد از آلومینیوم، لایه سطحی ترکیب بین فلزی دارای مقاومت بسیار خوبی در مقابل سایش و خوردگی در دماهای بین 450 تا 980 درجه سانتی گراد از خود نشان خواهد داد.
با اکسید شدن لایه آلومینیوم، سطح زیر لایه فولادی به وسیله این اکسیدها که دارای خواصی از جمله نقطه ذوب بالا، سختی زیاد، پایداری ترمودینامیکی و ترشوندگی کم با مذاب آلومینوم هستند، محافظت خواهد شد. زاویه ترشوندگی بین آلومینیوم و مذاب آلومینیوم در زیر 900 درجه سانتی گراد برابر 138 درجه می‌باشد که در مقابل اکسید ها بیشترین مقدار است.
آلومینایز کردن فولاد ضدزنگ 1Cr18Ni9
انجام فرآیند آلومینایزینگ بر روی فولاد ضدزنگ 1Cr18Ni9 نشان می‌دهد که ضخامت لایه آلومینیوم ایجاد شده روی زیرلایه فولادی با افزایش زمان فرآیند آلومینایز کردن، افزایش می‌یابد در حالی که افزایش دمای غوطه وری موجب کاهش این ضخامت می‌شود. بنابراین دمای پایین‌تر و زمان بیشتر، موجب ایجاد لایه پوششی نازک‌تری می‌شود. همچنین ضخامت لایه بین فلزی در زیرلایه فولادی با دمای غوطه وری و زمان افزایش می‌یابد. با این حال ، به نظر نمی‌رسد که افزایش درجه حرارت آلومینایز کردن، تأثیر قابل توجهی بر ضخامت لایه بین فلزی داشته باشد. اکسیداسیون این فولاد آلومینایز شده در دمای 800 درجه سانتی گراد ناشی از ایجاد لایه لایه اکسید متشکل از ترکیبات آلفا-آلومینا ،Al4 Cr و Al17Cr9 می‌باشد.
آلومینایز کردن فولاد ضد زنگ مقاوم به حرارت HH309
استنلس استیل HH309 به دلیل استحکام دما بالای آن در کاربردهای نفتی، شیمیایی و هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد نشان می‌دهد که پوشش ایجاد شده در این ماده از دو لایه تشکیل شده است. لایه خارجی که از ترکیب بین فلزی آلومیناید آهن با فرمول FeAl و Fe24Al78 است و لایه بین نفوذی از فریت که در ارتباط با رسوبات NiAl و Ni3 Al است، تشکیل شده اند. نفوذ آلومینیوم به درون این فولاد باعث تبدیل فازی زمینه فولادی از آستنیت به فریت در لایه نفوذی می‌شود. به علاوه اینکه فرآیند آلومینایزینگ با تشکیل ترکیب Al2O3 بر روی سطح این فولاد باعث افزایش مقاومت به اکسیداسیون آن نیز می‌شود.
کاربرد فولاد آلومینایزه
فولادهای آلومینایزه نوع اول که مقاوم به حرارت هستند به طور گسترده در وسایل آشپزخانه و لباسشویی، لوله‌های مبدل حرارتی، آبگرمکن‌ها، آسترهای اجاق گاز، صفحات بازتابنده، صدا خفه کن در اتوموبیل‌ها و اخیرا هم به عنوان فولاد پایه در میناکاری ظروف چینی استفاده می‌شوند.
فولادهای آلومینایزه نوع دوم که مقاوم به خوردگی اتمسفری هستند به منظور کاربردهایی نظیر پنل‌های ساختمان، ساخت سقف، سقف‌های سیلویی، محفظه‌های تهویه مطبوع، سقف‌های صنعتی موج‌دار و لوله‌های جوش مورد استفاده قرار می‌گیرند.
همچنین دامنه کاربرد فولادهای آلومینایزه مواردی از جمله پوشش های آلومیناید بر لوله های مبدل حرارتی از جنس فولاد ساده کربنی جهت تولید سولفوریک اسید ، بر روی فولادهای ضد زنگ S304 به منظور حذف واحدهای NOx و SOx در دودکش های جریان گاز، در توری های خنک کننده از جنس فولاد ضد زنگ ریخته گری در کارخانه های فراوری سیمان و فولادهای C2.25%Cr – 1%Moدر نقش لوله های آب در موتور بخار را شامل می‌شوند.کارخانجات فرآوری مواد شیمیایی نیز از فولادهای آلومینیزه بهره مند شده‌اند. به عنوان مثال ، فولاد آلومینایز S304 در اجزای مختلف واحدهای اصلاح متانول ، برای مدت بیش از 13 سال حفاظت موثری در برابر خوردگی ناشی از محیط دارای کربن فعال از فلزات ارائه داده است. همچنین در یک کاربرد بالقوه برای صنعت خودرو ، مشخص شد که حلقه های پیستونی فولاد کربنی که آلومینایز شده و سپس نیترید می‌شوند ، تقریباً دو برابر سختی فولادهای نیترید دار را دارا می‌باشند، در حالی که عمق مورد مشابه را حفظ می‌کنند ، در نتیجه این نوع فولادهای آلومینایزه به عنوان یک جایگزین با هزینه کمتر به جای فولادهای نیتروژنی در حال استفاده پیشنهاد شده‌اند.
همچنین اگر مفهوم فولاد آلومینایزه برای شما جدید است میتوانید با مطالعه مقاله اصطلاحات رایج فولادی اطلاعات خود را در زمینه فولاد افزایش دهید.
انواع فولاد آلومینایزه
دو نوع فولاد آلومینایزه با توجه به خلوص پوشش آن‌ها وجود دارد:
نوع اول دارای پوششی با حدود 5 تا 11 درصد سیلیکون است. متالورژیست‌ها معمولا از این نوع در کاربردهایی نظیر مقاومت در برابر حرارات شدید مانند پخت و عملیات حرارتی استفاده می‌کنند.
نوع دوم دارای پوشش خالصی از آلومینیوم است که دارای ضخامتی کمتر از نوع اول هستند و از آن‌ها برای پوشش دهی بر عایق ها استفاده می‌کنند.
خواص مکانیکی فولاد آلومینایزه
برخی خواص مربوط به هر دو نوع فولاد آلومینایزه در زیر آمده است:
- استحکام کششی 55000 psi
- استحکام تسلیم 40000 psi
- سختی 66 RBH
- مدول الاستیک 29000000 psi
- ضریب انبساط حرارتی ((in/in.F) 10-6 ) 6.7
فولاد آلومینایزه نوع اول می‌تواند تا دمای 900 درجه فارنهایت بدون تغییر رنگ و تا دمای 1250 درجه فارنهایت بدون تغییر چندانی در مقیاس، مقاومت کند. در دمای بالای 900 درجه فارنهایت ، پوشش شروع به آلیاژسازی با فولاد زیرلایه می‌کند و یک لایه نسوز با استحکام از آهن و آلومینیوم ایجاد می‌کند. پس از تشکیل این لایه نسوز ، آلیاژ خاکستری رنگ دیگر به رنگ روشن اولیه خود برنمی‌گردد. این آلیاژ ایجاد شده مقاومت در برابر حرارت بسیار خوبی داشته و درجه حرارت سرویس را از نقطه ذوب آلومینیوم فراتر می‌برد.
فولاد آلومینایزه نوع دوم که غیر آلیاژی است، مقاومت حرارتی تا 900 درجه فارنهایت را به ارمغان می‌آورد اما استفاده از این نوع در دمایی بالاتر از دمای ذکر شده توصیه نمی‌شود. در مجموع، هر دو نوع از این ماده، نیمی از استحکام مکانیکی نرمال خود را تا دمای 900 درجه فارنهایت حفظ می‌کنند.
