Paduan berbahan dasar nikel merupakan golongan paduan yang memiliki kekuatan tinggi dan ketahanan tertentu terhadap oksidasi dan korosi pada suhu tinggi 650–1000℃. Berdasarkan sifat utamanya, paduan berbahan dasar nikel dapat dibagi lagi menjadi paduan berbahan dasar nikel tahan panas, paduan berbahan dasar nikel tahan korosi, paduan berbahan dasar nikel tahan aus, paduan berbahan dasar nikel presisi, dan paduan berbahan dasar nikel memori bentuk. Paduan suhu tinggi diklasifikasikan menurut bahan matriksnya menjadi paduan suhu tinggi berbahan dasar besi, paduan suhu tinggi berbahan dasar nikel, dan paduan suhu tinggi berbahan dasar kobalt. Paduan suhu tinggi berbahan dasar nikel biasanya disebut sebagai paduan berbahan dasar nikel.
Asal dan Perkembangan
Penelitian dan pengembangan paduan berbasis nikel dimulai pada akhir tahun 1930-an. Inggris pertama kali memproduksi Nimonic 75 (Ni-20Cr-0.4Ti) pada tahun 1941. Untuk meningkatkan kekuatan mulur, ditambahkan aluminium, sehingga menghasilkan paduan berbasis nikel Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al). Amerika Serikat pada pertengahan tahun 1940-an, Uni Soviet pada akhir tahun 1940-an, dan Tiongkok pada pertengahan tahun 1950-an juga berturut-turut mengembangkan paduan berbahan dasar nikel. Pengembangan paduan berbahan dasar nikel mencakup dua aspek, yaitu perbaikan komposisi paduan dan inovasi teknologi produksi. Misalnya, perkembangan teknologi peleburan vakum pada awal tahun 1950-an menciptakan kondisi untuk memurnikan paduan berbasis nikel dengan kandungan aluminium dan titanium yang tinggi, sehingga secara signifikan meningkatkan kekuatan dan suhu pengoperasiannya. Pada akhir tahun 1950-an, peningkatan suhu pengoperasian bilah turbin menuntut peningkatan kekuatan paduan pada suhu tinggi. Namun, kekuatan tinggi membuat deformasi menjadi sulit atau bahkan tidak mungkin, yang mengarah pada pengembangan serangkaian paduan pengecoran dengan kekuatan suhu tinggi yang baik menggunakan teknologi pengecoran presisi. Pada pertengahan 1960-an, kinerja paduan suhu tinggi yang dipadatkan secara terarah dan kristal tunggal, serta paduan suhu tinggi metalurgi serbuk, ditingkatkan. Untuk memenuhi kebutuhan turbin gas kelautan dan industri, sejak tahun 1960-an, serangkaian paduan berbasis nikel kromium tinggi dengan ketahanan korosi suhu tinggi yang baik dan struktur mikro yang stabil telah dikembangkan. Dari awal tahun 1940-an hingga akhir tahun 1970-an, selama kurang lebih 40 tahun, suhu pengoperasian paduan berbasis nikel meningkat dari 700℃ menjadi 1100℃, peningkatan rata-rata sekitar 10℃ per tahun. Saat ini, suhu pengoperasian paduan berbasis nikel melebihi 1100℃. Dari paduan Nimonic 75 yang awalnya sederhana hingga paduan MA6000 yang baru dikembangkan, yang menawarkan kekuatan tarik 2220 MPa dan kekuatan luluh 192 MPa pada 1100°C, kekuatan mulurnya pada 1100°C/137 MPa adalah sekitar 1000 jam, sehingga cocok untuk bilah mesin pesawat.
Peran Berbagai Logam dalam Paduan Berbasis Nikel
Untuk paduan berbasis nikel tertentu, terdapat banyak variabel pada lingkungan tertentu, termasuk: konsentrasi, suhu, ventilasi, laju aliran cairan (gas), pengotor, keausan, dan kondisi proses sirkulasi. Variabel-variabel ini dapat menyebabkan berbagai masalah korosi. Nikel dan unsur paduan lainnya dapat mengatasi masalah ini. Nikel metalik mempertahankan struktur kubik berpusat muka austenitik sebelum mencapai titik lelehnya. Hal ini memberikan kebebasan untuk transisi ulet-getah dan secara signifikan mengurangi masalah produksi yang disebabkan oleh logam lain yang hidup berdampingan. Dalam rangkaian elektrokimia, nikel lebih inert dibandingkan besi namun lebih reaktif dibandingkan tembaga. Oleh karena itu, dalam mengurangi lingkungan, nikel lebih tahan korosi dibandingkan besi tetapi kurang tahan korosi dibandingkan tembaga. Menambahkan kromium ke nikel memberikan ketahanan oksidasi pada paduan, sehingga menghasilkan berbagai paduan dengan ketahanan korosi yang sangat baik terhadap lingkungan pereduksi dan oksidasi. Dibandingkan dengan baja tahan karat dan paduan berbahan dasar besi lainnya, paduan berbahan dasar nikel dapat mengakomodasi lebih banyak variasi elemen paduan dalam keadaan larutan padat dengan tetap menjaga stabilitas metalurgi yang baik. Sifat-sifat ini memungkinkan penambahan berbagai elemen paduan pada paduan berbasis nikel, sehingga memungkinkan penerapannya secara luas di berbagai lingkungan korosif.
Unsur-unsur umum dalam paduan berbahan dasar nikel meliputi:
Nikel (Ni): Memberikan stabilitas metalurgi, meningkatkan stabilitas termal dan kemampuan las, meningkatkan ketahanan terhadap asam pereduksi dan soda kaustik, dan meningkatkan ketahanan terhadap retak korosi akibat tegangan, terutama di lingkungan klorida dan soda kaustik.
Kromium (Cr): Meningkatkan ketahanan oksidasi, ketahanan oksidasi suhu tinggi, ketahanan sulfidasi, dan ketahanan terhadap korosi lubang dan celah.
Molibdenum (Mo): Meningkatkan ketahanan terhadap pengurangan korosi asam, meningkatkan ketahanan terhadap korosi lubang dan celah dalam larutan berair yang mengandung klorida, dan meningkatkan kekuatan suhu tinggi.
Besi (Fe): Meningkatkan ketahanan karburasi suhu tinggi, mengurangi biaya paduan, dan mengontrol ekspansi termal. Tembaga (Cu): Meningkatkan ketahanan terhadap pengurangan korosi asam (terutama asam sulfat).
