העיצוב האופטימלי של סגסוגת ניקל הוא אחת מנקודות המפתח בעבודת מחקר ופיתוח זו. סגסוגות בסיס הן הסגסוגות הנפוצות ביותר בתחום סגסוגת העל, במיוחד בתחום התעופה והחלל וההגנה, כגון פיתוח ציוד חדשני כגון מנועי אוויר, אשר ממלא תפקיד חשוב מכיוון שניתן להמיס מגוון אלמנטים מסגסוגת. בסגסוגת המבוססת על ניקל, ויכולה לשמור על יציבות מבנה טובה, המספקת דרכים רבות לשיפור הביצועים של סגסוגת על מבוססת ניקל. הפיתוח של המדע והטכנולוגיה העלה דרישות גבוהות יותר עבור סגסוגת-על מבוססת ניקל. על מנת לענות על הביקוש בשוק, יש צורך להאיץ את המחקר של סגסוגת על מבוססת ניקל, לשפר את הביצועים המקיפים שלה
1. חוזק הפתרון
האמצעי העיקרי לחיזוק המאפיינים של סגסוגת על מבוססת ניקל הוא הוספת אלמנטים מתאימים לחיזוק תמיסות מוצקות. לסגסוגת לחיזוק תמיסה מוצקה יש עמידות מצוינת לחמצון ועמידות עייפות, וגמישות טובה. בהתבסס על מאפיינים אלה, ניתן להשתמש בסגסוגות-על על בסיס ניקל לייצור חלקי מתכת עם טמפרטורות עבודה גבוהות, כגון להבי מנוע. הרדיוס האטומי של ניקל קרוב לזה של יסודות סגסוגת כמו טונגסטן ומוליבדן. בהתבסס על מאפיינים אלו, ניתן להמיס מספר רב של יסודות סגסוגת כגון טונגסטן, מוליבדן וקובלט בניקל בו-זמנית ללא הופעת שלבים חדשים. התוצאות מראות שטווח טמפרטורת התמיסה של מתכות נפוצות הוא בדרך כלל בין 1050 ל-1560. ארצות הברית פיתחה ביצועים טובים של חיזוק סגסוגת בסיס ניקל דפורמציה superaloy Haynes280, סגסוגת זו בטמפרטורה גבוהה של 1400, חוזק עד 165MPa התארכות עד 87 אחוז בעיקר בגלל תוספת של יסודות מתכת עקשנים בסגסוגת, כגון טונגסטן וכרום ואלמנטים אחרים; במקביל, מתווספת כמות קטנה של פחמן ליצירת קרבידים, שעלולים להפריע לצמיחת הדגן ולחזק את גבולות התבואה. התוצאות גם מראות שניתן לשפר את חוזק הסגסוגת על ידי הוספת כמות גדולה של מוליבדן ואלמנטים מתכתיים עקשניים אחרים. ניתן לשפר את יציבות המיקרו-מבנה של הסגסוגת על ידי הוספת רותניום. על ידי הוספת כמות מסוימת של מתכות עקשנות כגון טונגסטן, ניתן לשפר את עמידות הסגסוגת בפני קורוזיה בנסיבות מסוימות. ניתן לשפר מאוד את עמידות בפני קורוזיה בחמצון על ידי הוספת כמות מסוימת של אדמה נדירה.
2. שיפור משקעים ושיפור פיזור
ניתן לזרז שלב '-Ni3(Al, Ti)) על ידי הוספת כמות מסוימת של אלמנטים מחזקים משקעים לסגסוגת העל על בסיס ניקל במהלך היישון, מה שמגביר מאוד את חוזק המתכת. עם זאת, בתנאי עבודה בטמפרטורות גבוהות קל להצטבר ולגדל משקעים, וחלקם יכולים להתמוסס שוב במטריקס, ובכך להפחית את החוזק בטמפרטורה גבוהה. בשנים האחרונות, סגסוגות-על מבוססות ניקל עם חיזוק פיזור של תחמוצות קיבלו תשומת לב רבה יותר. סוג זה של סגסוגת נוקט בדרך כלל תהליך סגסוג מכני, ומשיג אולטרה-דק (פחות מ-50 ננומטר) תחת יציבות הטמפרטורה הגבוהה של התחמוצת המפוזרת באופן שווה במטריצה של מיקרו-מבנה של סגסוגת zn-al. חוזק הסגסוגת בתנאי של קרוב להתכה סגסוגת נקודתית עצמה, עדיין יכולה לשמור על ביצועי זחילה מצוינים בטמפרטורה גבוהה, עמידות מעולה לחמצון בטמפרטורה גבוהה ועמידות בפני קורוזיה פחמן גופרית. נכון לעכשיו, ישנם שלושה סוגים של סגסוגות-על מבוססות ניקל שסוחרו. לסגסוגת MA956 יש את עמידות החמצון הגבוהה ביותר ועמידות בפני קורוזיה פחמן וגופרית של סגסוגות על, שיכולות לשמש כציפוי של תא הבעירה של מנועי אוויר.
