مونل (Monel) و کاربردهای آن

مونل (Monel) چیست؟

آلیاژها موادی هستند که از ترکیب چند عنصر به دست می آیند و معمولا مجموعه از خصوصیات تمام عناصر ترکیب شده را دارند. مونل یک نوع آلیاژ است که عمدتا از نیکل (بین 52 تا 67 درصد) و همچنین مس و مقادیر کمی آهن، منگنز، کربن و سیلیکون تشکیل شده است. از آنجایی که مونل به اندازه کافی (60 درصد یا بیشتر) مس در ترکیبات خود ندارد نمی توان آن را یکی از آلیاژهای مس دانست.

مونل از نظر مقاومت در برابر خوردگی از نیکل خالص قوی تر است و در برابر برخی عوامل خورنده تهاجمی مانند جریان سریع آب دریا مقاومت بسیار خوبی دارد. مونل را می توان تحت سردکاری یا گرم کاری، ماشینکاری و جوشکاری قرار داد.

تصویر شماره 1 - آلیاژ مونل

آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:

• تاریخچه مونل
• ویژگی های مونل
• کاربردهای مونل
• سایر انواع مونل

تاریخچه مونل

مونل نخستین بار توسط شخصی به نام رابرت کروکس استنلی (Robert Crooks Stanley) که در کمپانی بین المللی نیکل (Inco) مشغول به کار بود در سال 1905 ساخته شد. آلیاژ مونل 400 آلیاژی ست که به نسبت برابر از نیکل و مس ساخته شده و به طور طبیعی در شهاب سنگی در معادن سادبری (آنتاریو) یافت می شود.

نام مونل از نام رئیس شرکت امروز مونل (Ambrose Monell) گرفته شد و در سال 1906 نیز ثبت اختراع شد. البته از آنجا که در آن زمان استفاده از نام شخصی به عنوان نام تجاری مجاز نبود یک حرف l از نام حذف شد. علامت تجاری مونل نیز در سال 1921 به ثبت رسید.

مونل آلیاژی گران قیمت است به همین دلیل کاربرد آن محدود به مواردی ست که نمی توان یک جایگزین ارزان قیمت برای آن یافت. طبق برآوردهایی که در سال 2015 انجام شد، لوله کشی به وسیله آلیاژ مونل سه برابر بیشتر از لوله کشی با فولاد کربنی هزینه در بر داشته است.

بیشتر مطالعه کنید: میلگرد آلیاژی چیست؟

ویژگی های مونل

مونل یک آلیاژ تک فازی ست زیرا نیکل و مس می توانند به هر نسبتی در یکدیگر حل شوند. در مقایسه با فولاد انجام عملیات ماشین کاری روی مونل دشوارتر از فولاد است. برای ماشیکاری روی مونل باید سرعت کم چرخانده شود و نرخ پیشروی نیز کم باشد.

مونل در برابر خوردگی و اسیدها مقاوم است و برخی از انواع آن می تواند در برابر آتش ناشی از اکسیژن خالص نیز مقاومت کند.

از مونل عموما در مواردی که نیاز به مقاومت بالا در برابر خوردگی باشد استفاده می شود. مونل از فولاد ضد زنگ یا استنلس استیل گرانتر است.

چگالی آلیاژ مونل 400 برابر با 8.8 گرم بر سانتیمتر مکعب است. محدوده ذوب آن بین 1350 تا 1300 درجه سانتیگراد بوده و سختی آن 65 راکول B ست. مونل 400 این توانایی را دارد تا چقرمگی خود را در محدوده ی دمایی قابل توجهی حفظ کند.

آلیاژ مونل 400 در دماهای زیر صفر نیز خواص مکانیکی بسیار خوبی از خود نشان میدهد. در دمای زیر سفر استحکام و سختی آن افزایش می یابد و شکل پذیری یا مقاومت ضربه آن نیز مقداری کم می شود. آلیاژ مونل 400 حتی زمانی که به وسیله ی هیدروژن مایع خنک می شود نیز دچار تردی و شکنندگی نمی شود. این یکی از تفاوت های عمده ی آلیاژ مونل با مواد آهنی ست که با کاهش دما هر چند استحکام آن ها بیشتر می شود اما شکننده تر نیز می شوند.

تصویر شماره 2 - سیم از جنس مونل

کاربردهای مونل

صنایع هوایی

در دهه 1960 از مونل در صنایع هوایی برای ساخت بدنه و قاب هواپیماهای با موتور راکت مانند نورث امریکا X-15 استفاده شد. این انتخاب به دلیل مقاومت بالای مونل در برابر گرمای زیاد ناشی از اصطکاک آیرودینامیکی در طول پرواز با سرعت بالا بود. آلیاژ مونول می تواند استحکام خود را در برابر دماهای بسیار بالا نیز حفظ کند. همچنین شکل سازه نیز در سرعت های بالا تغییر نمی کند. البته چگالی بالاتر مونل باعث می شد تا وزن هواپیماهای ساخته شده با آن بیشتر باشد.

از مونل برای سیم کشی ایمن در هواپیماها در جاهایی که حرارت بالاست نیز استفاده می شد. با این کار از عدم باز شدن بست ها اطمینان به دست می آمد. اما معمولا بنا به دلیل اقتصادی سیم های استنلس استیل در سایر نقاط هواپیما به کار می رفت.

تصویر شماره 3 - هواپیمای نورث امریکا X-15

صنایع تولید و پالایش نفت

از ویژگی های منحصر به فرد مونل مقاومت بالای آن در محیط های اسیدی ست. همین دلیل از آن در واحد آلکیلاسیون (Alkylation) در تماس مستقیم با اسید هیدروفلوئوریک غلیط حتی در دماهای تا نقطه جوش نیز استفاده می شود. می توان گفت که مونل در بین تمام آلیاژهای ساخته شده از این جهت بی نظیر است. از آلیاژ مونل در برابر بسیاری از اسیدهای دیگر مانند اسید سولفوریک و اسید هیدرو کلریک نیز استفاده می شود.

بیشتر مطالعه کنید: آلیاژ مفرغ

کاربرد در صنایع دریایی

مونل همانطور که گفته شد مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد و به همین دلیل از آن در ساخت تجهیزاتی که با محیط های دریایی سر وکار دارند استفاده می شود. مونل برای ساخت شفت پمپ ها، شیرهای آب دریا، سیم ماهیگیری و سبدهای صافی به کار برده می شود. برخی از آلیاژهای مونل کاملا غیر مغناطیسی هستند و برای کابل لنگر مین روب ها و محفظه ی تجهیزات اندازه گیری میدان مغناطیسی استفاده می شود.

از دیگر کاربردهای آن نیز می توان به ساخت پیچ و مهره، اتصالات و پرچ درسازه های دریایی مانند قایق های بادبانی اشاره کرد.

به دلیل ایجاد مشکل خوردگی گالوانیک در ساخت کشتی باید دقت کرد تا مونل از سایر فلزات مانند استیل عایق شود.

یکی دیگر از کاربردهای جالب مونل نیز استفاده از آن برای ساخت پابند و حلقه های ویژه ای ست که برای ردیابی وشناسایی پرندگان دریایی به کار برده می شود. چون این پرندگان در محیط های خورنده ی دریایی زندگی می کنند باید از فلزی استفاده کرد که بتواند این شرایط را تحمل کند و مونل یکی از گزینه های بسیار مناسب است.

تصویر شماره 4 - قطعه ای ساخته شده از مونل

آلات موسیقی

از مونل برای ساخت برخی قطعات سازهای با کیفیت مانند ترومپت، توبا و شیپور فرانسوی نیز استفاده می شود. مونل برای ساخت سیم در بعضی از انواع سازهای زهی نیز کاربرد دارد.

برخی دیگر از کابردهای مونل

به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی توسط اسیدها و اکسیژن، مونل توانسته است از کاربردهای متعددی در صنایع مختلف به دست آورد. از جمله به صنایع غنی سازی اورانیوم یا سیستم های بخار فوق گرم اشاره کرد.

در طول جنگ جهانی دوم از مونل برای ساخت پلاک های شناسایی نظامی نیز استفاده شد. چرا که به این وسیله اطمینان حاصل می شد که پلاک برای سال ها می تواند بدون خراب شدن در هر محیطی سالم باقی بماند.

ساخت سینک آشپزخانه و فریم عینک، ساعت سازی، ساخت وسایل تزئینی و المان های معماری از دیگر کاربردهای مونل است.

تصویر شماره 5 - زنجیری از جنس مونل

سایر انواع مونل

مشخصات آلیاژ مونل به وسیله استانداردهای زیر تعریف می شود.

• استاندارد ISO 6208 برای ورق، پلیت و تسمه
• استاندارد ISO 9723 برای میله
• استاندارد ISO 9724 برای سیم
• استاندارد ISO 9725 برای فورجینگ
• استاندارد DIN 17751 برای لوله و تیوب

سایر آلیاژهای مونل

مونل 400

مونل 400 از استحکام و مقاومت بالایی در محیط های اسیدی و قلیایی برخودار است و به طور خاص برای شرایط احیا بسیار مناسب است. همچنین از شکل پذیری و هدایت گرمایی خوبی نیز برخوردار است. از مونل 400 عمدتا درصنایع دریایی، شیمیایی و فرایندهای هیدروکربنی، مبدلهای حرارتی، شیرها و پمپ ها استفاده می شود. مونل 400 توسط استانداردهای زیر پوشش داده می شود:

• BS 3075
• 3076 NA 13
• DTD 204B
• ASTM B164

مونل 401

آلیاژ مونل 401 برای استفاده در برخی کاربردهای خاص الکتریکی و الکترونیکی طراحی شده است. این آلیاژ در استاندارد UNS N04401 پوشش داده می شود.

از انواع دیگر مونل ها می توان به مونل 404، مونل 405، مونل 450، مونل K-500، مونل R-405 و مونل 502 اشاره کرده که هر کدام برای به دست آوردن ویژگی خاص طراحی شده اند.