آلیاژ مونل چیست؟ تاریخچه، انواع، نحوه ساخت و کاربردها

بعضی از آلیاژها در دوره‌ای از تاریخ، مصرف بسیار بالایی داشتند و تقاضا برای آن‌ها بسیار بالا بود اما رفته رفته با کشف آلیاژهای جدید، مزایای آن آلیاژها رنگ باخته و تقاضا برای آن‌ها روزبه‌روز کمتر شد. یکی از این آلیاژها که به عبارت بهتر آن را ابر آلیاژ معرفی می‌کنند، مونل نام دارد. در ادامه با صباپرفیل همراه باشید تا به بررسی بیشتر این ابر آلیاژ پرداخته و با ذکر تاریخچه‌ای از آن، مزایا و معایبش را توضیح دهیم.

آلیاژ مونل چیست؟

آلیاژ مونل (به انگلیسی Monel) یک ابر آلیاژ فلزی است که تقریباً حاوی 65-70٪ نیکل، 20-29٪ مس و 5٪ منگنز است. مواد آلیاژی نیکل و مس در مونل، مقاومت بالایی در برابر خوردگی شیمیایی، آب نمک، اسیدها، محلول‌های قلیایی دارند و معمولاً در محیط‌های بسیار خورنده استفاده می‌شوند. آلیاژهای فلزی مونل بیشترین استفاده را در صنایع نفت، دریایی و صنایع شیمیایی دارند.

آلیاژ مونل به عنوان یک اصطلاح، به گروهی از آلیاژهای فلزی اطلاق می‌شود که تحت یک علامت تجاری واحد ثبت شده‌اند. این علامت تجاری که در اصل توسط مهندسان شاغل در شرکت بین المللی نیکل (International Nickel Company) توسعه داده شد، اکنون به شرکت فلزات ویژه (Special Metals Corporation) تعلق دارد. مونل همچنین برای توصیف همه آلیاژهای مشابه، حتی آلیاژهایی که توسط شرکت‌های دیگر تولید می‌شوند، استفاده می‌شود.

پرکاربردترین فلزات مونل آلیاژ 400 (Monel 400، UNS N04400، 2.4360) و آلیاژ K500 (Monel 500، UNS N05500، 2.4375) هستند که دومی یک آلیاژ با مقاومت بالاتر است. هر دوی این آلیاژها به دلیل مقاومت عالی در برابر خوردگی در محیط‌های انتخابی، به طور گسترده در صنایع دریایی و فرآیندهای شیمیایی استفاده می‌شوند. مونل یک آلیاژ دوتایی محلول جامد است که نیکل و مس در هر نسبت به یکدیگر محلول هستند و این آلیاژ را به یک آلیاژ تک فاز تبدیل می‌کند.

ریزساختار مونل به عنوان ابر آلیاژ شناخته می‌شود.

گریدهای مونل

از نظر تجاری پنج نوع مونل وجود دارد که تحت استانداردهای ISO 6208 (صفحه، ورق و نوار)، ISO 9725 (فرجینگ)، ISO 9723 (میله)، ISO 9724 (سیم) و DIN 17751 (لوله) معامله می‌شود. گریدهای مونل عبارتند از:

1. مونل 400 یا آلیاژ 400
2. مونل 401
3. مونل 404
4. مونل 405
5. مونل K-500

خواص و ویژگی‌های مونل

مونل یک آلیاژ دوتایی تک فاز و محلول جامد با خواص مکانیکی عالی در دماهای زیر صفر است. آلیاژ مونل 400 با وزن مخصوص 8.80 دارای محدوده دمای ذوب 1300-1350 درجه سانتی‌گراد و نسبت پواسون 0.32 است. جدول زیر خواص مکانیکی مواد مونل آلیاژ 400 را در دمای اتاق نشان می‌دهد:

آیا آلیاژ مونل خطرناک است؟

این آلیاژ به شکل جامد، غیر سمی است. با این حال، جوشکاری، آسیاب کردن یا ذوب آن ممکن است دود یا گرد و غبار خطرناکی ایجاد کند که از تماس یا استنشاق آن‌ها باید اجتناب شود.

نحوه ساخت مونل

این گروه از آلیاژهای نیکل عمدتاً از نیکل (معمولاً 52 تا 67 درصد) و مس با مقادیر کمی سیلیکون، کربن، منگنز و آهن تشکیل شده است. آلیاژهای مونل با استفاده از کار سرد و گرم، ماشینکاری و جوشکاری ساخته می‌شوند، به علاوه در برابر اسیدها مقاوم است و می‌تواند در برابر آتش در اکسیژن خالص مقاومت کند.

کاربرد مونل

به دلیل ساخت به روش سرد و گرم، ماشینکاری و جوشکاری، مونل به طور گسترده در زمینه‌های پردازش دریایی و شیمیایی استفاده می‌شود. با این حال، این ماده پرهزینه است، بنابراین تنها در مواردی می‌توان از آن استفاده کرد که جایگزین‌های ارزان‌تر در دسترس نباشند. معمولاً لوله کشی مونل بیش از 3 برابر گران‌تر از قیمت لوله فولادی کربنی است. کاربردهای معمولی مونل، شیرها و پمپ‌ها هستند. همچنین سایر کاربردهای آن عبارتند از:

1. شفت پمپ و پروانه
2. قطعات الکتریکی و الکترونیکی
3. دستگاه‌های ثابت نفت خام
4. بخاری‌های آب تغذیه دیگ بخار
5. وسایل دریایی
6. بست‌ها
7. مخازن بنزین و آب
8. مخازن سوخت
9. فنر
10. تجهیزات پردازش شیمیایی
11. مخازن پردازش و لوله کشی
12. مبدل‌های حرارتی
13. ابزار فلزی
14. بخاری‌های هواگیری
15. آلات موسیقی
16. یخچال و فریزر
17. پردازش فیلم
18. سینک آشپزخانه
19. سقف
20. فریم عینک

مونل به شکل لوله، اتصالات، صفحه، نوار، میله گرد، نوار، لوله، ورق و سیم موجود است.

مقایسه مونل در مقابل فولاد ضد زنگ

هنگام مقایسه مونل و فولاد ضد زنگ، توجه به این نکته مهم است که هر دو دارای خواص مقاوم در برابر خوردگی هستند. با این حال، مونل محافظت در برابر خوردگی را در برابر اسیدها، قلیایی‌ها و مواد شیمیایی در محیط‌های با دمای بالا فراهم می‌کند. از آنجایی که مونل یک سوپرآلیاژ است، ویژگی‌های پیشرفته‌تری را ارائه می‌دهد و اغلب در کاربردهای فرارتر استفاده می‌شود، معمولاً گران‌تر از فولاد ضد زنگ است.

تاریخچه آلیاژ مونل

جیمز ای. چرچیل (James E. Churchill) معتقد است که گفتن تاریخچه مونل و تجدید داده‌های علمی، محافظه کاران را برای آموزش و حفظ میراث کلیدی متالورژی توانمند می‌کند. مونل از سال 1905 با ما بوده است. این یکی از تنها آلیاژهای “طبیعی” بود که مستقیماً از خود سنگ معدن تصفیه شد و برای هر هدفی مناسب بود، پیشگامی برای فولاد ضد زنگ که هنوز در محیط ساخته شده ما امروزه یافت می‌شود.

مانند بسیاری از جست و جوهای متالورژی، مونل نیز ریشه در کیمیاگری داشت. شیمیدانان دیوید اچ. براون، ویکتور هیبینت و رابرت سی استنلی همگی در تلاش بودند تا مسیری مقرون به صرفه‌تر برای نیکل نقره از سنگ معدن‌های مملو از گوگرد سادبری، انتاریو پیدا کنند. استنلی در نهایت اولین شمش را اصلاح کرد و با جلب نظر کارفرمایش، آن را به نام رئیس INCO، آمبروز مونل، نامگذاری کرد که بعداً نام آن به دلیل قانون علامت تجاری، کوتاه شد.

اولین آلیاژ مونل چه زمانی ساخته شد؟

مونل در سال 1901 توسط رابرت کروکس استنلی، کارمند شرکت بین المللی نیکل (INCO) ایجاد شد. استنلی با درک اهمیت این کشف، اثر جدید خود را به نام آمبروز مونل (رئیس شرکت INCOs) نامگذاری کرد. استنلی در سال 1906 حق امتیاز مونل را دریافت کرد.

مونل، نسبتاً سودمند، در طول تقاضای دیوانه‌وار برای محصولات نیکل ظاهر شد. همان‌طور که جنگ‌های توسعه بیداد می‌کرد، ارتش‌ها شاهد مزایای تکنولوژیکی یک فلز پایه بودند. خرید تسلیحات با درگیری‌ها و عقاید پیچیده امپراتوری‌ها در جنگ بزرگ به اوج خود رسید.

پیامدهای جنگ جهانی اول تأثیرات عمیقی بر تقاضای محصولات نیکل داشت. پیش از جنگ به طور گسترده برای کشتی‌ها و مهمات استفاده می‌شد، اما پس از معاهده‌های خلع سلاح در سال 1918، این تقاضا از بین رفت. موفقیت مونل اکنون به‌طور محکمی به پدر و مادر بلندمرتبه‌اش، استنلی گره خورده بود.

در آن زمان معاون اول شرکت بین المللی نیکل (International Nickel Company) یا INCO، فراخوان‌ها برای تعطیلی تولید را نادیده گرفت و در اوج بحران وارد عمل شد. او با مشاهده نیاز به تنوع بخشیدن به معدن، برای یک کارخانه پالایش و بخش تحقیقات لابی کرد و در عین حال بازاریابی ویژه‌ای را در شهر نیویورک انجام داد.

در دهه 1920، مونل در 23 صنعت مختلف، در ساخت قطعات کشتی جنگی دریایی گرفته تا ساخت کابینت مورد استفاده قرار گرفت. در تبلیغات، مونل به عنوان فلزی سفید رنگ که ضد خوردگی، قوی‌تر از فولاد و ظاهر نقره‌ای، درخشان‌تر از نیکل است، معرفی می‌شد.

با این حال، مونل یک نقص داشت. برخلاف انبوهی از آلیاژهای بعدی، مونل برای هدف خاصی ایجاد نشده بود و خود را در معرض انبوهی از کاربردها قرار داده بود. هنوز در مراحل اولیه تحقیقات، فلز پایه آن، نیکل، نسبتاً تازه وارد به مرحله عنصری بود و تولید آن تا سال 1880 شروع نشد.

هنگامی که جامعه علمی آن را مطالعه کرد، آن‌ها دریافتند که محصولات با نیکل بالا برای مدت طولانی در محیط‌های بیرونی “نقره‌ای” باقی نمی‌مانند.

در دهه 1930، کمپانی INCO با رقابت سنگینی از سوی شرکت آلومینیوم آمریکا (Alcoa) و فروشندگان فولاد ضد زنگ مواجه بود. با افزایش قیمت نیکل، شرکت‌ها محصولات ارزان‌تری را با محتوای نیکل جزئی به نمایش گذاشتند. آسمان‌خراش‌های جدید مانند ساختمان امپایر استیت و ساختمان کرایسلر برای داشتن آلیاژهای مقرون به صرفه‌تر و اثبات‌شده‌تر، مونل را به استفاده‌های تزئینی داخلی و کاربردهای مفید دریایی و شیمیایی تقلیل دادند.

حقایقی در رابطه با آلیاژ مونل

1. خاصیت سخت شدن سریع آن، ماشینکاری آن را در مقایسه با فولاد بسیار دشوار می‌کند.
2. برخی از مونل‌ها مغناطیسی هستند در حالی که برخی دیگر غیر مغناطیسی هستند.
3. در حالی که مونل یکی از محبوب‌ترین فلزات در بازار در طول دهه 1920 تا 1940 بود، برای تولید کالاهای خانگی مانند سینک ظرفشویی، میز، لوازم خانگی و غیره، از دهه 1950 به بعد به دلیل هزینه کمتر، تا حد زیادی با فولاد ضد زنگ جایگزین شد.

از دهه 1950 به بعد، فولاد ضد زنگ به دلیل هزینه کمتر، جایگزین مونل شد.

مزایای آلیاژ مونل

مزایای اصلی که مونل ارائه می‌دهد عبارتند از:

1. مقاومت در برابر خوردگی بالا در برابر اسیدها و قلیاها
2. مقاومت در برابر قلیاها
3. قدرت عالی
4. چکش خوار
5. شکل پذیری خوب
6. سهولت در جوشکاری، لحیم کاری
7. مقاومت مکانیکی بالا
8. در دسترس بودن به اشکال مختلف مانند ورق، صفحه، میله و لوله
9. ظاهر و پرداخت‌های جذاب
10. توانایی نگه داشتن در شرایط با دمای بالا و همچنین دمای پایین

معایب مونل

اگرچه مونل مزایای زیادی دارد، اما فلز کاملی نیست و دارای معایبی نیز هست، مانند:

1. ماشینکاری ضعیف
2. قرار گرفتن در معرض خوردگی حفره‌ای در محیط آب شور
3. گاهی اوقات در حضور مونل می‌توان خوردگی گالوانیکی ایجاد کرد.

قیمت آلیاژ مونل

اگرچه آلیاژ مونل در معرض نوسانات قیمت است، به طور متوسط، قیمت این آلیاژ حدود 2.05 دلار در هر پوند است.

جمع‌بندی

مونل نامی است که به گروهی از آلیاژهای حاوی نیکل، مس و چند ماده دیگر داده می‌شود که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و استحکام کششی بالا، معروف است. دارای علامت تجاری Special Metals Corporation است. همچنین به عنوان آلیاژ نیکل-مس شناخته می‌شود و به شکل سیم، ورق، لوله، میله، پیچ و مهره، صفحه، میخ، پرچ، شیر، اتصالات لوله، بست و غیره تولید می‌شود. انواع متداول آلیاژ عبارتند از Monel 400، 405، K-500، و غیره.

پرسش و پاسخ