निकेल-आधारित उच्च तापमान मिश्र धातु एयरोस्पेस और बिजली उत्पादन उद्योगों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, विशेष रूप से गैस टर्बाइनों में। ये मिश्र, उनकी असाधारण उच्च तापमान शक्ति, ऑक्सीकरण और संक्षारण के प्रतिरोध के लिए, और कठोर परिस्थितियों में स्थायित्व के लिए जाने जाने वाले, आधुनिक गैस टर्बाइन के प्रदर्शन के अभिन्न अंग हैं। यह लेख गैस टर्बाइनों, उनके भौतिक गुणों और प्रदर्शन में सुधार के लिए चल रहे घटनाक्रमों में निकल-आधारित मिश्र धातुओं के महत्व का पता लगाएगा।

भौतिक गुण और रचना
निकेल-आधारित उच्च तापमान मिश्र धातुओं को मुख्य रूप से निकेल (नी) से बना होता है, जैसे कि क्रोमियम (सीआर), मोलिब्डेनम (एमओ), एल्यूमीनियम (एएल), टाइटेनियम (टीआई), और रेनियम (आरई) जैसे तत्वों के परिवर्धन के साथ। ये तत्व आधार मिश्र धातु के गुणों को बढ़ाते हैं, ऑक्सीकरण प्रतिरोध में योगदान करते हैं, उच्च तापमान पर बेहतर शक्ति, और रेंगने की विरूपण के लिए प्रतिरोध। उच्च तापमान के तहत अपने यांत्रिक गुणों को बनाए रखने की मिश्र धातु की क्षमता टर्बाइनों के लिए महत्वपूर्ण है, जहां ऑपरेटिंग तापमान 1,500 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकता है।

इन मिश्र धातुओं की परिभाषित विशेषताओं में से एक सतह पर एक स्थिर ऑक्साइड परत बनाने की उनकी क्षमता है, खासकर जब क्रोमियम और एल्यूमीनियम मौजूद हैं। यह ऑक्साइड परत सामग्री के आगे ऑक्सीकरण को रोकने में मदद करती है और इसकी सेवा जीवन का विस्तार करती है। इसके अतिरिक्त, रेनियम के अलावा थर्मल थकान और रेंगने का विरोध करने के लिए मिश्र धातु की क्षमता में सुधार कर सकता है।

उच्च तापमान शक्ति
उच्च तापमान की ताकत गैस टर्बाइन में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के लिए प्राथमिक आवश्यकता है। निकेल-आधारित मिश्र धातु रेंगने और थर्मल थकान के लिए उल्लेखनीय प्रतिरोध प्रदर्शित करते हैं, दो घटनाएं जो ऊंचे तापमान पर सामग्री के प्रदर्शन को काफी कम कर सकती हैं। रेंगना उच्च तापमान पर तनाव के तहत एक सामग्री की धीमी विरूपण है, जबकि ऑपरेशन के दौरान तापमान के साइकिलिंग से थर्मल थकान का परिणाम होता है, जिससे दरार का गठन हो सकता है।

निकेल-आधारित मिश्र धातु अपने मजबूत माइक्रोस्ट्रक्चर के कारण इन मुद्दों का विरोध करते हैं, विशेष रूप से गामा प्राइम (γ ') चरण को मजबूत करने की उपस्थिति। γ 'चरण निकेल और एल्यूमीनियम का एक अवक्षेप है जो सामग्री के क्रिस्टल संरचना के भीतर अव्यवस्थाओं के आंदोलन को बाधित करके ऊंचे तापमान पर मिश्र धातु को मजबूत करता है।

ऑक्सीकरण और संक्षारण प्रतिरोध
गैस टरबाइन के कठोर वातावरण में संचालन का मतलब है कि सामग्री को ऑक्सीकरण और जंग का भी विरोध करना चाहिए। उच्च तापमान पर, टरबाइन ब्लेड और अन्य घटकों को गर्म गैसों के संपर्क में लाया जाता है, जिससे ऑक्सीकरण और हानिकारक ऑक्साइड पैमाने का गठन हो सकता है। निकल-आधारित मिश्र धातुओं के ऑक्सीकरण प्रतिरोध को मुख्य रूप से क्रोमियम की उपस्थिति के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है, जो मिश्र धातु की सतह पर एक स्थिर cr2o3 परत बनाता है। यह ऑक्साइड परत आगे ऑक्सीकरण को रोकती है और अंतर्निहित सामग्री को उच्च तापमान गिरावट से बचाती है।

इसके अलावा, गैस टर्बाइनों में सल्फिडेशन, कार्बोबराइजेशन और अन्य रूपों के लिए मिश्र धातु का प्रतिरोध आवश्यक है, जो अक्सर सल्फर और कार्बन प्रजातियों वाले वातावरण में काम करते हैं जो सामग्रियों को गंभीर रूप से नीचा दिखाते हैं। मिश्र धातु की रचना को संशोधित करके, इंजीनियर जंग के इन रूपों के लिए इसके प्रतिरोध में सुधार कर सकते हैं, जिससे यह चुनौतीपूर्ण परिचालन स्थितियों में अधिक टिकाऊ हो जाता है।

वर्तमान अनुसंधान और विकास
जबकि निकेल-आधारित मिश्र धातुओं का उपयोग दशकों से गैस टर्बाइनों में सफलतापूर्वक किया गया है, उच्च ऑपरेटिंग तापमान के साथ अधिक कुशल टर्बाइनों की मांग मिश्र धातु के विकास में नवाचार को आगे बढ़ाने के लिए जारी है। निकेल-आधारित मिश्र धातुओं की अगली पीढ़ी का उद्देश्य तापमान और यांत्रिक प्रदर्शन की सीमाओं को और भी आगे बढ़ाना है। अनुसंधान के प्रमुख क्षेत्रों में मिश्र धातुओं का विकास शामिल है जो 1,600 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान का सामना कर सकते हैं, ऑक्सीकरण प्रतिरोध में सुधार, और बेहतर थकान और रेंगना प्रतिरोध।

शोधकर्ता अधिक जटिल और अनुकूलित घटक ज्यामितीयों का उत्पादन करने के तरीके के रूप में एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (3 डी प्रिंटिंग) भी खोज रहे हैं जो गैस टर्बाइन के प्रदर्शन को और बढ़ा सकते हैं। मशीन लर्निंग और सिमुलेशन जैसी उन्नत कम्प्यूटेशनल तकनीकों का उपयोग, अत्यधिक अनुरूप गुणों के साथ मिश्र धातुओं के डिजाइन के लिए अनुमति देता है।

निकेल-आधारित उच्च तापमान मिश्र धातुएं गैस टर्बाइनों के संचालन में अपरिहार्य हैं, जो एयरोस्पेस और बिजली उत्पादन अनुप्रयोगों में पाए जाने वाले चरम स्थितियों को संभालने के लिए आवश्यक ताकत, ऑक्सीकरण के लिए प्रतिरोध और स्थायित्व प्रदान करती हैं। जैसा कि टरबाइन प्रौद्योगिकी आगे बढ़ती है, इसलिए उन्हें ड्राइव करने वाली सामग्री भी होगी। नए मिश्र धातुओं और विनिर्माण तकनीकों में निरंतर शोध उच्च तापमान वाले घटकों की अगली पीढ़ी के लिए और भी अधिक क्षमता और क्षमताओं को अनलॉक करने का वादा करता है।