تطبيق سبائك الكوبالت في محركات الطيران والفضاء

يُختبر أداء المواد في كل مرحلة من مراحل تشغيل محركات الطيران، بدءًا من غرف الاحتراق عالية الحرارة والضغط، وصولًا إلى مكونات التوربينات الدوارة عالية السرعة. وبفضل خصائصها الفريدة، أصبحت سبائك الكوبالت المادة الأساسية للمكونات، مما يضمن استقرار تشغيل المحركات، وخاصةً سبيكة الكوبالت 6.

المكونات الأساسية الداخلية لمحركات الطيران والفضاء

تتعرض المكونات الداخلية الأساسية لمحركات الطيران لظروف بيئية قاسية. تدور شفرات التوربينات بآلاف الدورات في الدقيقة في درجات حرارة تتراوح بين 800 و1100 درجة مئوية، مما يجعلها تتحمل درجات حرارة عالية وتآكلًا مستمرًا ناتجًا عن جزيئات الرمل والغبار التي تحملها تدفقات الغاز عالية السرعة. ومع مرور الوقت، تصبح أسطح الشفرات عرضة للتلف بشكل كبير.

نظرًا لكونها المنطقة الأساسية التي يحترق فيها الوقود، تتميز غرفة الاحتراق بدرجات حرارة داخلية عالية للغاية. كما تحتوي غازات الاحتراق على كميات كبيرة من المكونات المسببة للتآكل، مثل الأكسجين ومركبات الكبريت، والتي تُسبب تآكلًا مستمرًا لجدران غرفة الاحتراق.

يجب أن تُفتح الصمامات وتُغلق بشكل متكرر بالتزامن مع تشغيل المحرك. في البيئات ذات درجات الحرارة العالية، يجب أن تتحمل الاحتكاك الناتج عن الحركة الميكانيكية، مع القدرة على التعامل مع التغيرات الشديدة في درجات الحرارة أثناء التشغيل والإيقاف، مما يجعلها عرضة للتلف بسبب الإجهاد الحراري المفرط.

تتحمل المحامل وأسطح الختم الاحتكاك والاهتزاز الناتج عن الحركة النسبية المستمرة. وإذا حدث تآكل مفرط، فقد يؤثر ذلك سلبًا على كفاءة تشغيل المحرك.

سبيكة الكوبالت 6 هي مادة مناسبة لمكونات متعددة.

في مواجهة المتطلبات الصارمة لمكونات محركات الطيران، أظهرت سبيكة الكوبالت 6 قدرة ممتازة على التكيف. في تصنيع شفرات التوربينات، يُمكّن استخدام سبيكة الكوبالت 6 الشفرات من الحفاظ على أداء مستقر في ظل درجات الحرارة والضغط العاليين وظروف التآكل المستمر، مما يُطيل دورة استبدالها بفعالية. بعد استخدام سبيكة الكوبالت 6 في غرفة الاحتراق، تحسّنت مقاومتها للتآكل بشكل ملحوظ، مما يُمكّنها من الحفاظ على سلامة هيكلها في ظل تآكل الغازات عالية الحرارة، ويوفر دعمًا موثوقًا به للتشغيل المستمر للمحرك. إن استخدام سبيكة الكوبالت 6 للصمامات، والاستفادة من مقاومتها الممتازة للصدمات الحرارية، يُمكّنها من تحمل التغيرات المتكررة في درجات الحرارة والاحتكاك الميكانيكي، مما يُقلل من احتمالية الأعطال. كما أن استخدام سبيكة الكوبالت 6 للمحامل وأسطح الختم يُقلل بشكل فعال من معامل الاحتكاك، ويُقلل من التآكل بين المكونات، ويُعزز استقرار تشغيل المحرك.

أداء سبيكة الكوبالت 6

تلعب سبيكة الكوبالت 6 دورًا محوريًا في محركات الطيران والفضاء بفضل خصائصها الفريدة. وفيما يتعلق بمقاومة التآكل في درجات الحرارة العالية، تعمل المركبات المعدنية المستقرة والكربيدات المتكونة داخلها كدرع واقٍ متين، مما يُمكّنها من تحقيق صلابة تتراوح بين 40 و45 حقوق الإنسان في درجة حرارة الغرفة. وحتى في البيئات ذات درجات الحرارة العالية، يكون تدهور الصلابة بطيئًا للغاية، مما يجعل مقاومتها للتآكل أعلى بكثير من مقاومة سبائك الفولاذ والنيكل العادية، وقادرة على تحمل تحديات التآكل التي تواجهها مكونات مثل شفرات التوربينات بسهولة.

يتفاعل محتوى الكروم، الذي يتراوح بين 27% و32%، مع الأكسجين عند درجات حرارة عالية، مُشكِّلاً طبقة واقية كثيفة من أكسيد الكروم (كر₂O₃). تلتصق هذه الطبقة بإحكام بسطح المادة، وتعمل كحاجز قوي يمنع بفعالية الأكسدة والتآكل الناتجين عن غازات الاحتراق في درجات الحرارة العالية، مما يُطيل عمر مكونات مثل غرف الاحتراق بشكل ملحوظ.

تحافظ سبيكة الكوبالت 6 على قوة شد ثابتة ومقاومة للصدمات حتى في درجات الحرارة العالية. هذا يعني أنها لا تتشقق أو تنكسر بسهولة تحت تأثير الصدمات الحرارية الشديدة أثناء تشغيل المحرك وإيقافه، أو أثناء الاهتزازات عالية التردد أثناء التشغيل، مما يوفر أساسًا متينًا لتشغيل آمن للمحرك.

علاوة على ذلك، تتميز سبيكة الكوبالت 6 بمعامل احتكاك منخفض وخصائص عالية مضادة للتآكل. هذه الخصائص تجعلها فعالة بشكل خاص في تطبيقات مثل المحامل وأسطح الختم، حيث يمكنها تقليل التآكل الناتج عن الاحتكاك بشكل كبير، وتقليل فقدان الطاقة، وتعزيز الكفاءة التشغيلية الإجمالية للمحرك.

باختصار، تلعب سبائك الكوبالت 6 دورًا حاسمًا في العديد من المكونات الحيوية لمحركات الطيران بسبب خصائص الأداء الاستثنائية التي تتمتع بها.