Bir ticari yolcu uçağının jet motoru çalışırken, türbin kanatçıkları volkanik lavlardan daha yüksek sıcaklıklara (1400°C ve üzeri) maruz kalır. Aynı anda, muazzam bir merkezkaç kuvveti altında tonlarca yük taşırlar. Sıradan çeliklerin saniyeler içinde eriyip deforme olacağı bu cehennemvari ortamda, tek bir malzeme grubu ayakta kalabilir: Nikel Bazlı Süper Alaşımlar (Nickel-Based Superalloys).
Peki, havacılık endüstrisini "süper" kılan bu alaşımların sırrı nedir?
Süper alaşım, erime noktasına çok yakın sıcaklıklarda (Tm'nin %80'ine kadar) bile mekanik mukavemetini koruyan, yüksek performanslı bir metal grubudur. Nikel (Ni) bazlı süper alaşımlar; demir veya kobalt bazlı olanlara göre çok daha üstün oksidasyon direnci ve yüksek sıcaklık dayanımı sunar.
Genellikle Inconel, Waspaloy, Hastelloy ve René gibi ticari isimlerle anılan bu metaller, modern mühendisliğin zirvesidir.
Bir gaz türbin motorunda verimlilik, yanma odasındaki sıcaklığın yüksekliği ile doğru orantılıdır. Sıcaklık arttıkça yakıt tasarrufu ve itki gücü artar. Nikel alaşımları şu üç kritik özelliği ile buna olanak tanır:
Metaller yüksek sıcaklıkta ve sürekli yük altında zamanla "sünme" eğilimi gösterir, yani sakız gibi uzar. Türbin kanatçıkları milimetrik hassasiyetle dönerken uzarlarsa motor gövdesine çarparak felakete yol açarlar. Nikel süper alaşımları, mikroyapılarındaki özel fazlar (Gamma Prime - $\gamma'$) sayesinde bu uzamaya karşı inanılmaz bir direnç gösterir.
Motorlar sürekli ısınıp soğur. Bu döngü metalleri çatlatabilir. Nikel alaşımları ise yüzeylerinde oluşturdukları kararlı oksit tabakaları (Alümina veya Kromia) sayesinde hem termal şoklara dayanır hem de yüksek sıcaklık korozyonuna (paslanmaya) karşı kendini korur.
Günümüzde havacılık ve uzay sanayisinde en çok kullanılan süper alaşım, tartışmasız Inconel 718'dir.
Özelliği: -250°C'den 700°C'ye kadar olağanüstü çekme dayanımı sağlar.
İmalat Devrimi: Inconel 718, Metal 3D Yazıcılar (DMLS/SLM) için en uygun malzemelerden biridir. Geleneksel yöntemlerle (talaşlı imalat) işlenmesi çok zor ve maliyetli olan (uçları çabuk köreltir) bu alaşım, toz yataklı sistemlerde katman katman üretilerek roket nozulları ve yakıt enjektörleri gibi karmaşık parçalara dönüştürülmektedir.
Havacılık: Türbin diskleri, yanma odaları, egzoz sistemleri, kanatçıklar.
Enerji: Doğalgaz çevrim santralleri, nükleer reaktör parçaları.
Petrol ve Gaz: Yüksek basınçlı ve aşındırıcı ortamlarda çalışan sondaj ekipmanları.
Mühendisler sınırları daha da zorlamak için "Tek Kristal" döküm teknolojisini geliştirdiler. Tane sınırlarını (grain boundaries) tamamen ortadan kaldıran bu yöntemle üretilen Nikel alaşımı kanatçıklar, sünme direncini maksimum seviyeye çıkararak motorların daha önce hiç olmadığı kadar verimli çalışmasını sağlıyor.
Nikel bazlı süper alaşımlar, sadece bir metal değil; insanlığı daha hızlı, daha yükseğe ve daha verimli taşıyan teknolojinin temel yapı taşıdır. Inconel tozu tedariğinden, nihai parça üretimine kadar bu malzeme, katma değeri en yüksek endüstriyel alanların vazgeçilmezidir.
