Süperalaşım olarak da bilinen ısıya dayanıklı alaşım, yüksek sıcaklık koşullarında endüstriyel departmanlar ve uygulama teknolojisi alanları için büyük önem taşımaktadır.
Genel olarak konuşursak, metal malzemelerin erime noktası ne kadar yüksek olursa, kullanılabilecek sıcaklık sınırı da o kadar yüksek olur. Bunun nedeni, sıcaklığın artmasıyla metal malzemelerin mekanik özelliklerinin önemli ölçüde azalması ve buna bağlı olarak oksidasyon korozyonunun eğiliminin artmasıdır. Bu nedenle, genel metal malzemeler uzun süre sadece 500 derece ~ 600 derece sıcaklıkta çalışabilir. 700 dereceden daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilen metale genel olarak ısıya dayanıklı alaşım denir. "Isı direnci", yüksek sıcaklık altında yeterli mukavemeti ve iyi oksidasyon direncini koruyabileceği anlamına gelir.
Çeliğin oksidasyon direncini artırmanın iki yolu vardır: biri çeliğe Cr, Si, Al ve diğer alaşım elementlerini eklemek veya çeliğin yüzeyine Cr, Si, Al alaşımlama işlemi yapmaktır. Oksitleyici atmosferde hızla yoğun bir oksit filmi oluşturabilirler ve çelik yüzeye sıkıca tutunarak oksidasyonun devam etmesini etkili bir şekilde önlerler. Diğeri ise çeşitli yöntemlerle çelik yüzey üzerinde yüksek ergime noktalı oksit, karbür, nitrür ve diğer yüksek sıcaklığa dayanıklı kaplamaların oluşturulmasıdır.
Çeliğin yüksek sıcaklık dayanımını iyileştirmenin birçok yolu vardır. Yapı ve özellik açısından kimyasal açıdan kabaca iki ana yöntem vardır:
Birincisi, yüksek sıcaklıklarda çelikteki atomlar arasındaki bağ kuvvetini arttırmaktır. Metallerdeki bağ kuvvetinin esas olarak atomlardaki eşleşmemiş elektronların sayısı ile ilişkili olduğuna dikkat çekilmektedir. Periyodik tablodan, aynı periyotta VI B elementinin metal bağı en güçlüsüdür. Bu nedenle çeliğe Cr, Mo, W atomlarının eklenmesi en iyi etkiye sahiptir.
Diğeri, çelik matrisi güçlendirmek için çeşitli karbürler veya metaller arası bileşikler oluşturabilen elementler eklemektir. Bir dizi geçiş metalinden ve karbon atomundan üretilen karbürler, arayer bileşiklerine aittir. Metal bağları temelinde kovalent bağ bileşenleri eklerler, bu nedenle büyük sertlik ve yüksek erime noktasına sahiptirler. Örneğin, W, Mo, V, Nb eklenmesi WC, W2C, MoC, Mo2C, VC, NbC ve diğer karbürleri üreterek çeliğin yüksek sıcaklık dayanımını artırabilir.
Demir bazlı ısıya dayanıklı alaşımların yanı sıra nikel bazlı, molibden bazlı, niyobyum bazlı ve tungsten bazlı ısıya dayanıklı alaşımlar da alaşım yöntemi ile hazırlanabilmektedir. Yüksek sıcaklıklarda iyi mekanik özelliklere ve kimyasal stabiliteye sahiptirler. Bunlar arasında nikel bazlı alaşım en iyi süper ısıya dayanıklı metal malzemedir ve yapıdaki matris Ni? Cr? Co ve Ni3Al metal bileşiğinin katı solüsyonu işlemden sonra 1000 derecede ~1100 derecede kullanılabilir.
