แผ่นโลหะผสมทนความร้อนสูงเป็นวัสดุพิเศษที่รักษาประสิทธิภาพได้ดีเยี่ยมในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ พลังงาน เคมี และสาขาอื่นๆ ข้อดีของแผ่นโลหะผสมนี้ส่วนใหญ่สะท้อนให้เห็นในด้านต่างๆ ดังต่อไปนี้:

1. เสถียรภาพสูงดีเยี่ยมที่อุณหภูมิสูง

การคงความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง: แม้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 600°C โลหะผสมนี้ยังคงรักษาความแข็งแรงดึง ความแข็งแรงคราก และความแข็งแรงต่อความล้าไว้ได้สูง และไม่อ่อนตัวลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ตัวอย่างเช่น โลหะผสมซูเปอร์อัลลอยที่มีส่วนประกอบหลักเป็นนิกเกลยังคงรักษาคุณสมบัติทางกลที่เพียงพอที่อุณหภูมิประมาณ 1000°C ซึ่งตรงตามข้อกำหนดของชิ้นส่วนที่สำคัญ เช่น ใบพัดกังหันเครื่องยนต์

ความต้านทานต่อการคืบตัว: เมื่อวัสดุได้รับแรงเค้นเป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูง วัสดุจะแสดงการเสียรูปน้อยที่สุด (ความต้านทานต่อการคืบตัว) ซึ่งป้องกันความเสียหายเนื่องจากการเสียรูปของโครงสร้างอย่างช้าๆ คุณสมบัตินี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์ เช่น กังหันและหม้อไอน้ำที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิและความดันสูง

2. ทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม

ความต้านทานต่อการออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง: ในอากาศหรือก๊าซที่มีอุณหภูมิสูง วัสดุจะสร้างฟิล์มออกไซด์หนาแน่น (เช่น Cr₂O₃ หรือ Al₂O₃) บนพื้นผิว ป้องกันการโจมตีจากออกซิเจนเพิ่มเติม ต้านทานการกัดกร่อนจากออกซิเดชันได้อย่างมีประสิทธิภาพ และยืดอายุการใช้งาน ตัวอย่างเช่น แผ่นโลหะผสมที่มีโครเมียมและอะลูมิเนียมยังคงรักษาความต้านทานต่อการออกซิเดชันได้ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิสูงกว่า 1000°C

ความต้านทานการกัดกร่อน: โลหะผสมที่ทนความร้อนสูงมีความต้านทานต่อก๊าซที่เป็นกรดและด่าง (เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์และซัลเฟอร์ไดออกไซด์) โลหะหลอมเหลว และเกลือ ทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน เช่น เครื่องปฏิกรณ์เคมี เตาเผาขยะ และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

3. มีคุณสมบัติในการแปรรูปที่ดีเยี่ยมและมีความเสถียรทางโครงสร้างสูง

ความสามารถในการขึ้นรูป: แม้ว่าโลหะผสมทนความร้อนสูงจะมีความแข็งแรงสูง แต่ก็สามารถขึ้นรูปเป็นรูปทรงต่างๆ ได้หลากหลาย รวมถึงแผ่นและท่อ ผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การตีขึ้นรูป การรีด และการเชื่อม เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านการออกแบบโครงสร้างของอุปกรณ์ต่างๆ (เช่น แผ่นเหล็กทนความร้อนสำหรับหม้อไอน้ำขนาดใหญ่ และแผ่นห้องเผาไหม้สำหรับเครื่องยนต์อากาศยาน)

ความเสถียรของโครงสร้างจุลภาค: แม้จะใช้งานที่อุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน โครงสร้างทางโลหะวิทยาภายใน (เช่น เฟสของโลหะผสมและโครงสร้างของเกรน) ก็ไม่น่าจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งจะช่วยป้องกันการเสื่อมประสิทธิภาพเนื่องจากการเสื่อมสภาพของโครงสร้าง และรับประกันการใช้งานที่เชื่อถือได้ในระยะยาวของวัสดุ

4. ช่วงอุณหภูมิการใช้งานกว้าง เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

แผ่นโลหะผสมครอบคลุมช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ระดับปานกลางถึงสูง (600°C) ไปจนถึงระดับสูงมาก (สูงกว่า 1200°C) แผ่นโลหะผสมที่มีส่วนประกอบต่างกันนั้นเหมาะสมกับการใช้งานที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น โลหะผสมที่มีเหล็กเป็นส่วนประกอบหลักเหมาะสำหรับอุณหภูมิระหว่าง 600-800°C โลหะผสมที่มีนิกเกลเป็นส่วนประกอบหลักเหมาะสำหรับอุณหภูมิระหว่าง 800-1200°C และโลหะผสมที่มีโคบอลต์เป็นส่วนประกอบหลักสามารถใช้ที่อุณหภูมิสูงกว่าได้ในช่วงเวลาสั้นๆ

วัสดุเหล่านี้สามารถทนต่อผลกระทบร่วมกันของอุณหภูมิสูงและแรงทางกลได้ ตัวอย่างเช่น จานกังหันในเครื่องยนต์อากาศยานต้องทนต่อทั้งอุณหภูมิสูงของก๊าซจากการเผาไหม้และแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่เกิดจากการหมุนด้วยความเร็วสูง

5. ศักยภาพในการลดน้ำหนักและประหยัดพลังงาน

เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กทนความร้อนแบบดั้งเดิม โลหะผสมทนความร้อนสูงบางชนิด (เช่น โลหะผสมนิกเกลและโลหะผสมไทเทเนียม-อะลูมิเนียม) มีความหนาแน่นต่ำกว่าในขณะที่ให้ประสิทธิภาพในอุณหภูมิสูงเท่ากัน ซึ่งช่วยลดน้ำหนักของอุปกรณ์ (ตัวอย่างเช่น การลดน้ำหนักโครงสร้างและการใช้พลังงานในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ)

เนื่องจากมีคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิสูงและมีความทนทานสูง จึงสามารถลดความถี่ในการบำรุงรักษาอุปกรณ์และค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนชิ้นส่วน ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานทางอ้อม (ตัวอย่างเช่น การใช้แผ่นโลหะผสมทนความร้อนในหม้อไอน้ำของโรงไฟฟ้าสามารถเพิ่มอุณหภูมิการเผาไหม้และประสิทธิภาพการผลิตพลังงานได้)