1. Kernfunktionen von Chrom (Cr)
Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit
Chrom hat eine starke Affinität zu Sauerstoff. In korrosiven Medien (wie oxidierenden Säuren, Salzlösungen und feuchten Atmosphären) kann es schnell mit Sauerstoff auf der Oberfläche der Legierung reagieren und eine dichte, haftende und selbstheilende Schicht bildenPassivfilm aus Chromoxid (Cr₂O₃).. Dieser Film fungiert als physikalische Barriere, isoliert die innere Matrix von der korrosiven Umgebung und verhindert ein weiteres Eindringen korrosiver Ionen (z. B. Cl⁻, SO₄²⁻) in die Legierung, wodurch die Beständigkeit der Legierung gegenüber allgemeiner Korrosion, Lochfraß und Spaltkorrosion erheblich verbessert wird. Beispielsweise ist bei Legierungen auf Nickelbasis wie Inconel 625 und Hastelloy C276 ein Chromgehalt von 15–25 % der Schlüssel zur Gewährleistung ihrer Korrosionsbeständigkeit in rauen chemischen Verarbeitungsumgebungen.
Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen
Bei erhöhten Temperaturen (über 600 Grad) weist der auf der Legierungsoberfläche gebildete Cr₂O₃-Film eine hohe thermische Stabilität und eine geringe Sauerstoffdurchlässigkeit auf. Es kann die Diffusion von Sauerstoff in die Legierungsmatrix wirksam hemmen und so die Bildung loser Oxide (wie NiO) vermeiden, die zum Abplatzen neigen. Dies ermöglicht es Legierungen auf Nickelbasis, die strukturelle Integrität und Leistungsstabilität in oxidativen Atmosphären mit hohen Temperaturen (z. B. Industrieöfen, Gasturbinenkomponenten) aufrechtzuerhalten.
Stärkung der Legierungsmatrix
Chrom kann sich in der Nickelmatrix unter Bildung von Chrom auflösenErsatz-Mischkristalllösung, was die Gitterverzerrung der Matrix erhöht und die Bewegung von Versetzungen behindert. Diese Fest-lösungsverfestigende Wirkung verbessert die Raumtemperatur-und die Hoch-temperaturfestigkeit der Legierung, ohne ihre Zähigkeit wesentlich zu verringern. Darüber hinaus kann Chrom die Ausscheidung festigender Phasen (z. B. '-Phase, M₂₃C₆-Karbid) in einigen Superlegierungen auf Nickelbasis fördern und so die Kriechbeständigkeit der Legierung bei hohen Temperaturen weiter verbessern.
2. Kernfunktionen von Molybdän (Mo)
Erhöhte Beständigkeit gegen lokale Korrosion
In reduzierenden korrosiven Medien (wie Salzsäure, Schwefelsäure und Phosphorsäure), wo die Passivierungswirkung von Chrom abgeschwächt ist, spielt Molybdän eine dominierende Rolle bei der Korrosionsbeständigkeit. Molybdän kann sich auf der Legierungsoberfläche anreichern und unter Bildung eines Molybdänoxidfilms (MoO₃) mit starker Korrosionsbeständigkeit reagieren. Noch wichtiger ist, dass Molybdän die Entstehung und Ausbreitung von durch Cl⁻-Ionen verursachter Lochfraßkorrosion hemmen kann. Es verringert die Löslichkeit des Passivfilms in chloridhaltigen Lösungen und erhöht die kritische Lochfraßtemperatur (CPT) der Legierung, wodurch Legierungen auf Nickelbasis für die Schifffahrt, die Öl- und Gasförderung sowie die chemische Industrie mit hohen Chloridionenkonzentrationen geeignet sind. Beispielsweise weist Hastelloy C276 mit einem Molybdängehalt von 15–16 % eine ausgezeichnete Lochkorrosionsbeständigkeit in Meerwasser und chloridhaltigen sauren Medien auf.
Fest-Lösungsverstärkung und Verbesserung der Kriechfestigkeit bei hohen-Temperaturen
Molybdän hat einen großen Atomradius und kann mit Nickel eine äußerst stabile Substitutionsmischlösung bilden. Sein Zusatz führt zu erheblichen Gitterverzerrungen, die die Bewegung von Versetzungen und die Diffusion von Atomen bei hohen Temperaturen wirksam behindern. Dies verbessert diehohe-TemperaturfestigkeitUndKriechfestigkeitder Legierung. In Nickel{1}}basierten Superlegierungen, die für Gasturbinenschaufeln und Turbinenscheiben verwendet werden, ist Molybdän ein wichtiges Verstärkungselement, das der Legierung hilft, die strukturelle Stabilität unter langfristigen Bedingungen hoher-Temperaturen und hoher{4}}Beanspruchung aufrechtzuerhalten.
Verbesserte Beständigkeit gegen reduzierende Säurekorrosion
Molybdän kann die Beständigkeit der Legierung gegenüber gleichmäßiger Korrosion in reduzierenden Säuren (z. B. verdünnte Salzsäure, verdünnte Schwefelsäure) verbessern. Im Gegensatz zu Chrom, das in reduzierenden Umgebungen zum Versagen der Passivierung neigt, kann Molybdän mit korrosiven Medien stabile Komplexe bilden und so die Korrosionsrate der Legierungsmatrix verringern. Dies macht molybdänhaltige Legierungen auf Nickelbasis zu idealen Materialien für Geräte in der chemischen Industrie, die mit reduzierenden sauren Medien umgehen.
3. Synergistische Wirkung von Chrom und Molybdän
Chrom sorgt für einen stabilen Passivfilm in oxidierenden Umgebungen, während Molybdän die Korrosionsbeständigkeit des Films in reduzierenden und chloridhaltigen Umgebungen erhöht.
Die kombinierte Festlösungsverfestigungswirkung der beiden Elemente verbessert die Festigkeit und Kriechfestigkeit der Legierung sowohl bei Raumtemperatur als auch bei hohen Temperaturen erheblich, während gleichzeitig eine gute Zähigkeit und Verarbeitbarkeit erhalten bleibt.
