میان‌فلزی
میان‌فلزی یا اندرفلزی به ترکیبات و فازهایی گفته می‌شود که از دو یا چند فلز گوناگون تشکیل‌شده و ساختار بلوری‌شان متفاوت از عناصر تشکیل‌دهنده‌شان است. برخی از ترکیبات بین‌فلزی مانند برنج، برنز قلع بالا، آمالگام و ... از زمان‌های قدیم کاربرد داشته‌اند.
ترکیبات بین فلزی گروهی وسیع از فلزها هستند که از ترکیب عنصر‌های بین فلزی مختلف به دست می‌آیند مانند آلومیناید نیکل، آلومیناید تیتانیوم، آلومیناید آهن، سیلیکات آهن و سیلیکات‌های دیگر. هر یک از این مواد دارای خواص منحصر بفردی هستند. آلومیناید تیتانیوم دارای وزن سبک وزن بوده ودمای ذوب آن (۳۷۴۰درجهٔ فارنهایت)۲۰۶۰ درجه سانتی گراد است و در دماهای بالاتری نسبت به سوپر آلیاژهای پایه نیکل می‌تواند کار کند. اما چقرمگی شکست پایین و مقاوت در برابر اکسیداسیون ضعیفی در دماهای بالا دارد. سیلیکات‌های مختلفی به ویژه دی سیلیکات نیوبیوم مورد استفاده در المان‌های حرارتی به صورت بازرگانی از سال‌های گذشته وجود داشته‌اند. سیلیکات آهن(FeSi) تحت نام تجاری Hastalloy Dعرضه می‌شود و در ریخته‌گری‌های دما بال مورد استفاده قرار می‌گیرد.
یک سیلیکات دیگر آهن (FeSi) با نام Durirun وجود دارد. سیلیکات‌های دیگر به خاطر بعضی به (۴۳۵۲ درجهٔ فارنهایت) ۲۴۰۰درجهٔ سانتی گراد می‌رسد. آن‌ها همچنین به عنوان پوشش محافظ روی مواد دیگر مانند آلومیناید نیوبیوم استفاده می‌شوند.
آلومیناید نیکل 《NiAl》 سال هاست که به عنوان یک ماده بین فلزی دارای آرایش شبکه بلوری منظم شناخته شده و دارای دمای ذوب، استحکام، سختی و پایداری حرارتی بالایی است. ماده‌ای است جالب توجه زیرا چگالی پایین 《۲۵٪ کمتر از سوپر آلیاژها》 و در برابر سایش، تغییر شکل، خستگی، اکسیداسیون و کربن دهی سطحی مقاوم است. جالب‌ترین ویژگی آن خصوصیت غیرعادی افزایش استحکام در اثر افزایش دما است. علی‌رغم این خصوصیات آلومیناید نیکل به خاطر ترد و گران بودن آن کاربردهای وسیعی پیدا نکرده‌است. در سال ۱۹۸۲ دانشمندان آزمایشگاه ملی《Oak Ridge 》راهی برای نرم‌تر کردن این ماده پیدا کرند نتیجه این تحقیق همانطوری که در شکل ۵–۱ نشان داده شده‌است ماده -IC بود که سبک‌تر واستحکام آن ۵ برابر فولاد زنگ نزن در دمای 《۱۴۷۲ درجهٔ فارنهایت》۸۰۰ درجهٔ سانتی گراد است.
گروهی از دانشمندان آزمایشگاه ملی《 Oak Ridge》 به راهنمایی 《Vinod Sidka 》تحقیق توسعه بر روی اقتصادی کردن و کاهش قیمت پایین Ni ALودستیابی به یک فرایند ایمن تر انجام دادند. همهٔ این تلاش‌ها در کنار هم برای تولید یک ماده صنعتی وارزشمند در کاربردهای صنعتی مانند تجهیزات کوره، میزهای غلتکی فولاد تا ساخت قالب‌های آهنگری انجام شد.
آلیاژهای پایه توسط شرکت ریخته‌گری و مهندسی آلیاژ، صنایع دفاع آمریکا، شرکت 《Bimac》، شرکت بین‌المللی 《Sandusky 》در اوهایو وصنایع 《Alcon و پودر NiAl》 توسط شرکت《 Ametek 》تولید می‌شود.
خواص فیزیکی آلیاژ NiAl با نامIC-221M درجدول داده‌های طراحی آلیاژ پایه IC-221M NiAl ونمودار مقایسه درصد ازدیاد طول سوپر آلیاژها برحسب دما ونمودارمقایسهٔ خواص خزش با سوپر آلیاژها داده شده‌است داده‌ها شامل استحکام تسلیم کششی وضریب کشسانی در دمای (۲۰۱۲ درجهٔ فارنهایت) ۱۱۰ درجهٔ سانتی گراد (جدول داده‌های طراحی آلیاژ پایه IC-221M NiAl)، استحکام خزشی (مودارمقایسهٔ خواص خزش با سوپر آلیاژها) وخواص برتر نسبت به آلیاژهای دمای بالای دیگر هستند. دمای ذوب بالا (۲۵۵۲ درجهٔ فارنهایت) ۱۴۰۰ درجهٔ سانتی گراد خواص دما بالای NiAl رابوجود آورده‌است. NiAl استحکام تسلیم فشاری خوبی دردمای (۲۰۱۲–۱۲۰۲درجهٔ فارنهایت) ۱۱۰۰ تا ۶۵۰ درجهٔ سانتی گراد ومقاومت خستگی عالی در مقایسه با مقایسه با تعدادی از سوپر آلیاپ‌های پایه نیکل دارد. سختی NiAl منجر به مقاومت سایشی عالی حتی در دماهایی بیش از (۱۱۱۲ درجهٔ فارنهایت)۶۰۰درجهٔ سانتی گراد شده‌است.
یک زوج از خواص در مقاومت در برابر خوردگی IC-221M مشارکت دارند آلومینیوم درسطح اکسید می‌شود وآلیاژ را در مقابل عوامل خورنده مانند اکسیژن حفاظت می‌کند. مقدار آلومینیوم آلیاژ را در مقابل عوامل خورنده مانند اکسیژن حفاظت می‌کند. مقدار آلومینیوم آلیاژ تعیین‌کننده سطح نهایی مقاومت خوردگی در برابر مواد دیگر مانند اسید سولفوریک است.
کربن علاقه کمی به آلومینیوم دارد مقاومت آلیاژ NiAl در برابر اتمسفر کربوره‌کننده عالی است. این مقاومت تا دمای(۲۰۱۲ درجهٔ فارنهایت) ۱۱۰۰درجهٔ سانتی گراد برقرار می‌ماند. مقاومت IC-221M برابر اتمسفر کربوره‌کننده درنموداراثر محیط کربوره‌کننده بر NiAlنسبت به سایر آلیاژهای پایه ضعیف نیکل نشان داده شده‌است.
آلیاژ IC-221M در کوره‌ها، میز غلتکی انتقال فولاد و درتعدادی از کاربردهای وما بالای دیگر استفاده می‌شود. عملیات حرارتی کنندگان از میزها، سینی‌ها، تیرها، نگهدارنده‌ها و غیره که به آن‌ها لوازم کوره گفته می‌شود، برای نگهداشتن قطعه عملیات حرارتی شونده در کوره (شکل سینی‌های کوره کربن دهی وکربن دهی فله‌ای راببینید) استفاده می‌کنند. شرکت سیستم‌های خودرو دلفی در کارخانه جعبه دنده Saginaw در میشیگان برای نگهداشتن دنده‌ها در کوره کربن دهی سطحی و سخت کردن آن‌ها در یک اتمسفر کربن دما بالا از لوازم کوره کربن دهی سطحی وسختکردن آن‌ها در یک اتمسفر کربن دما بالا از لوازم کوره استفاده می‌کند. در انتهای این فرایند کربن دهی دنده‌ها ونگهدارنده‌های آن‌ها به سرعت ازدمای ۹۰۰ درجهٔ سانتی گراد تا دمای اتاق سرد می‌شوند. در هر بار عملیات حرارتی از نگهدارنده‌های قبلی استفاده می‌شود. این نوسان حرارتی تکراری واتمسفر کربن دهی آن‌ها را به دنبال پیدا کردن مواد جدیدی برای کوره هدایت کرده‌است.
مهندسین این شرکت به جای آلیاژ کروم از آلومیناید نیکل استفاده کردند. آلومینامید نیکل یک لایه نازک اکسید آلومینیوم در سطح خود تشکیل می‌دهد که مانع نفوذ کربن به داخل ماده می‌شود. آلیاژ کروم نیکل پس از ۳۹ ماه هنوز کار می‌کنند.
استحکام عالی NiAl اجازه می‌دهد که که قطعات بیشتری در سینی‌ها چیده شوند ودرعین حال اندازه آن‌ها نیز کوچک‌تر مشود. استفاده از آلومیناید نیکل در لوازم کوره باعث افزایش دمای کار، ۱۰٪افزایش تولید، کاهش هزینه و کاهش انرژی سوختی شده‌است.
یک تولیدکننده بزرگ فولاد در آمریکا برای نرم‌تر کردن ورق‌های فولاد ابتدا آن‌ها را حرارت داده و سپس از میان غلتک‌هایی عبور می‌دهد تا سطح تمام شده صاف تری به دست آید. به خاطر دمای بالا ی فرایند غلتک غلتک‌های قدیمی باعث اکسید شدن وخراش برداشتن محصول نهایی می‌شوند. غلتک‌های آلومیناید نیکل در برابر حرارت پایدار حرارت پایدار بوده و استحکام آن‌ها ۳برابر غلتک‌های قبلی است. غلتک‌های آلومیناید نیکل هر سال یک بار بازرسی می‌شوند در حالی که غلتک‌های قدیمی هر ۶هفته یکبار برای بازرسی می‌شوند در حالی که غلتک‌های قدیمی هر ۶هفته یکبار برای بازرسی، سنگ زنی سطح وتعویض غلتک‌های معیوب متوقف می‌شدند. استفاده از غلتک‌های آلومیناید نیکل زمان توقف، تعداد غلتک‌های یدکی وهزینه تعمیرات را کاهش داد. این غلتک‌های آلومیناید نیکل زمان توقف، تعداد غلتک‌های یدکی هزینه تعمیرات را کاهش داد. این غلتک‌های آلومیناید نیکل IC-221M به روش ریخته‌گری گریز از مرکز توسط شرکت Sandusky تولید شدند. رینگ‌های ریخته‌گری شده در آزمایشگاه ملی Sandusky به منظور آزمایش‌های اولیه به یکدیگر جوشکاری شدند. مهندسین از فلز پرکننده IC-221LA ساخته شده توسط شرکت Stody استفاده کردند. (شکل غلتک کورهٔ آبکاری هیدروژنی وشکل تاول روی سطح غلتک‌های قدیمی) آزمایش‌های اولیه شامل استحکام کششی جوش، خستگی (۳۶۰سیکل در ۸۷۱درجهٔ سانتی گراد تا دمای اتاق)، سختی بر حسب دما، بررسی ریز ساختار و رفتار اکسیداسیون بودند. به کارگیری آلومیناید نیکل در غلتک‌های ریخته کوره‌های آستنیته کردن و تاب کاری هیدرو‍‍ژنی نیز در حال بررسی است. تحقیق بر روی به کارگیری NiAl در لوله‌های جدار ضخیم به خاطر اینکه اکسید آهن به آن نمی‌چسبدٰ در حال انجام است. NiAl مقاومت خزشی کمتر و مقاومت در برابر کربن و اکسیژن بیشتری نسبت به مواد قبلی مانند فولادهای زنگ نزن (Hu و Hp اصلاح شده) دارد. صنایع دفاع آمریکا ریل‌های آلومیناید نیکل برای گروه‌های گام بردار شرکت Rapid Technologies ارائه کرده‌است. کوره‌های عملیات حرارتی این شرکت میله‌های فولادی را سریع از ناحیهٔ دما بالا حرکت می‌دهند این کاربرد نیاز به گرم شدن سریع دارد. بدون تیرهای آلومیناید نیکل این شرایط قابل دسترسی نخواهد بود. استفاده از NiAl در بلوک‌های قالب آهنگری گرم برای افزایش عمر آن‌ها در حال بررسی است زیرا استحکام تسلیم NiAl در درجهٔ سانتی گراد (درجهٔ فارنهایت) مقاومت در برابر اکسیداسیون آن بهتر از  فولادهای زنگ نزن است. NiAl برای استفاده در قالب‌های پرس گرم آهن‌رباهای دائم مناسب است زیرا تطابق شیمیایی و استحکام تسلیم عالی در مقایسه با IN-718 دارد. مفتول‌های ریخته NiAl به خاطر مقاومت در برابر اکسیداسیون و کاهش ضخامت بالای آن‌ها به عنوان المان‌های حرارتی کوره‌های صنعتی به کار می‌روند. NiAl در این کاربرد جایگزین آلیاژهای FeCrAl شده‌است.
پودر NiAl به عنوان اتصال دهندهٔ تنگستن و کاربید کروم در مواد ابزارها و قالب‌ها به کار می‌روند. مقاومت در برابر سایش و خوردگی در محیط‌های آبی و محلول‌های اسیدی را بهبود می‌دهد. NiAl ب هتدریج جایگزین کبالت کران قیمت خواهد شد که امروزه به عنوان مادهٔ اتصال دهنده به کار می‌رود. NiAl در صفحات مدار به عنوان هستهٔ فلزی استفاده می‌شود تا حرارت بیشتری نسبت به صفحهٔ AlO جذب کندتا بتواند روی صفحه اجزای بیشتری نصب شود. کاربردهای دیگر NiAl عبارت اند از: قلاب‌های لوله، لوله‌های کورهٔ گاز شکن اتیلن، فیلترهای گازی، لوله‌های احتراق تشعشعی (شکل لوله‌های احتراق تشعشعی). تجهیزات شیشه سازی اتصالات کورهٔ واگنی (شکل اتصالات کوره واگنی ریخته شده از آلیاژ NiAl،IC-438)، اتصال دهندهٔ مواد قالب و ابزار، حرارت دهندهٔ کوره و سایر کاربردهای زیر شده‌است. (شکل تثبیت کنندهٔ ترمز کامیون، آهنگری شده از جنس NiAl)، لوله‌های دیگ بخار، سبدهای کوره حمام نمک، ظروف نگه دارندهٔ اسید سولفوریک، مخلوط کن‌ها و دیگر قطعات واقع در محلول‌های خورنده در سال‌های ۱۹۹۵ در آمریکا، ۵۰۰۰۰ پوند NiAl تولید شد.
آلیاژ پایه NiAl اولین آلیاژ بین فلزی بود که توسط ASTMطبق استاندارد A1002-99مشخصات استاندارد ریخته‌ها، آلیاژ منظنم نیکل –آلومینیوم (جدول حدود ترکیبات شیمیایی تعیین شده در استاندارد A1002-99برای ریخته‌های آلیاژ پایه NiAl) تأیید شد.
IC-221LA سیم جوش ژیشنهادی برای باز کاری آلیاژهای ریخته پایه NiAl در دمای کاری کمتر از (۱۴۷۲ درجهٔ فارنهایت)۸۰۰ درجه سانتی گراد است. در دمایی بیش از۸۰۰ درجه سانتی گراد از سیم جوش IC-221W استفاده می‌شود. این سیم برای جوشکاری سطحی فولادهای زنگ نزن وآلیاژهای پایه نیکل دیگر نیز مناسب است. شرکت‌های Stoody و Polymet تولید کنندهٔ سیم جوش هستند (نمودار تغییرات استحکام تسلیم با دما درلوله‌های پرکننده جوش از جنس IC-122M)
تولیدکنندگان مختلفی سیم جوش و NiAl عرضه می‌کنند. آلیاژهای ریخته توسط شرکت‌های Alcon،Alloy Engineering and CastingوUnited Defence تولید می‌شوند.
دوشرکت آخر به همراه شرکت Sandsky قطعات ریخته‌گری شده به روش گریز از مرکز نیز تولید می‌کنند. شرکت Ametek پودر NiAl و شرکت‌های Stood وPolymet سیم جوش تولید و عرضه می‌کنند.
یک فرایند جدید به نام Exomelt برای اطمینان از کافی بودن مقدار آلومینیوم در طی تولید NiAl ابداع شده‌است. در این فرایند حرارت ایجاد شده از واکنش گرمازا بین آلومینیوم ونیکل عناصر آلیاژی را که برای ایجاد چقرمگی و استحکام مطلوب به آلیاژ NiAl اضافه شده‌اند را ذوب می‌کند. (شکل طرح شماتیک کور فرایند Exomelt).
ترتیب بارگذاری بوته بسیار مهم است. نیکل در کف بوته قرار داده می‌شود. روی آن عناصر آلیاژی ریخته می‌شود. سپس یک لایه نیکل ما بین دو لایه عمودی آلومینیوم قرار داده می‌شود. بوته تا(۱۴۷۲ درجهٔ فارنهایت)۸۰۰ درجه سانتی گراد حرارت داده می‌شود تا آلومینیوم ذوب شود. آلومینیوم با نیکل واکنش داده وNiAlتشکیل می‌دهد. حرارت ایجاد شده NiAl(با دمای ذوب بیش از (۲۹۸۰ درجهٔ فارنهایت)۱۶۳۹ درجه سانتی گراد را ذوب وقطرات آن روی آلومینیم باقی مانده می‌چکد. ادامه حرارت دهی در مجاورت نیکل کف بوته باعث تشکیل NiAl می‌شود.
چند لایه توضیح داده شده ویژگی مهم فرایند Exomelt (شکل ترتیب بارگذاری فرایند Exomelt) است. در این فرایند از حرارت واکنش گرمازا برای پیش برد واکنش، کاهش انرپی ورودی واقتصادی بودن فرایند، کاهش مصرف انرژی ورودی واقتصادی بودن فرایند، کاهش مصرف انرژی به میزان ۳۰٪ تا۵۰٪ استفاده می‌شود. گرم شدن سریع اکسیداسیون عناصری آلیاژی را به حداقل می‌رساند وبا به حداقل رساندن زمان قرارگیری کوره در دمای بالا عمر کوره افزایش می‌یابد و المان‌های حرارتی در مقابل آلومینیوم حفاظت می‌شوند. ذوب در خلآ در فرایند Exomelt به کمک کرفته می‌شود زیرا همه عناصر آلیاژی رامیتوان در شروع فآیند اضافه کرد با این فرایند در هر بار ۳۰۰۰–۱۵۰ پوند NiAl تولید می‌شود.
نتیجه توسعه فرایندها و مواد جدید آلیاژ NiAl خواص سودمندومنحصر به فرد در مقایسه بادیگر آلیاژهای دما بلا است. تولیدکنندگان مختلفی قطعات NiAl مانند لوازم کوره، غلتک‌های فرایند فولاد و دیگر مقاطع واشکال برای کاربردهای دیگر تولید می‌کنند.