Свойства и применение медно никелевых сплавов реферат
Обновлено: 05.07.2024
В группу медно-никелевых сплавов входят такие сплавы на основе меди, в которых никель является основным легирующим компонентом, оказывающим решающее влияние на свойства. В зависимости от содержания никеля и других легирующих компонентов, такие сплавы обладают различными физико-механическими характеристиками: прочностью, пластичностью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью и жароупорностью и другими свойствами.
Медно-никелевые сплавы используются в различных областях промышленности, начиная от судостроения и заканчивая изготовлением деталей прецизионных механизмов. Очень часто изделия из медно-никелевых сплавов работают в агрессивных коррозивных средах: морской воде, парах воды и других газах.
Именно поэтому исследования коррозионного поведения медно-никелевых сплавов в различных условиях широко проводились и проводятся.
Целью данной работы является изучение термодинамики химической и электрохимической устойчивости мельхиоров МН19 и МНЖМц30–1–1.
1. Литературный обзор
1.1 Медно-никелевые сплавы
1.1.1 Классификация и общая характеристика медно-никелевых сплавов
Медно-никелевые сплавы по механическим, физико-химическим свойствам и областям применения можно условно разделить на следующие основные группы: конструкционные, термоэлектродные, сплавы сопротивления и сплавы с особыми свойствами [1].
В России маркировку сплавов проводят следующим образом:
Каждый элемент, входящий в сплав имеет своё собственное буквенное обозначение. Некоторые из них представлены в табл. 1.1.
Табл. 1.1. Буквенные обозначения некоторых элементов в России
Название сплава состоит из букв элементов, входящих в него. Вначале ставятся буквы основных компонентов, определяющих свойства сплава, а затем буквы остальных компонентов в порядке уменьшения содержания этих элементов в сплаве. Среднее содержание элементов в сплаве указывается цифрами, разделёнными тире, сразу после буквенного обозначения сплава в том же порядке, в котором расположены буквы элементов в названии сплава. Содержание основного компонента не указывается, а рассчитывается как разность 100% и суммарного содержания всех легирующих компонентов.
Например, сплав МН10 содержит в своём составе 10% (по массе) никеля (Н), остальное – медь (М). Сплав МНЦС16–29–1,8 содержит в своём составе 16% никеля (Н), 29% цинка (Ц), 1,8% свинца (С), остальное – медь (М) [2].
К конструкционным сплавам относят мельхиоры, нейзильберы и некоторые другие сплавы. Их применяют для изготовления деталей с повышенными механическими и коррозионными свойствами (см. табл. 1.2.).
Табл. 1.2. Свойства и назначения некоторых конструкционных медно-никелевых сплавов
Название и марка сплава
Типичные механические свойства
Медицинский инструмент, детали точной механики, изделия широкого потребления
Трубы для конденсаторов
Детали приборов точной механики, техническая посуда, художественные изделия, изделия широкого потребления
Мельхиоры содержат 20 – 30% никеля и часто дополнительно легируются железом и марганцем. Нейзильберы относятся к тройной системе Cu – Ni – Zn и содержат 5 – 35% никеля и 13 – 45% цинка [3].
Также в группу конструкционных сплавов входят нейзильбер МНЦС16–29–1,8, используемый в производстве деталей часовых механизмов, куниали МНА6–1,5 и МНА13–3, из которых изготовляют детали повышенной прочности и пружины ответственного назначения, сплавы МН5 и МНЖ5–1, используемые в производстве прутьев и труб и другие сплавы.
Важнейшими представителями термоэлектродных сплавов являются хромель, алюмель, копель и сплавы для компенсационных проводов. Эти сплавы отличаются большой электродвижущей силой и высоким удельным электросопротивлением при малом температурном коэффициенте электросопротивления. Применяются они для изготовления прецизионных приборов, термопар и компенсационных проводов к ним.
Например, копель (МНМц43–0,5) применяют для создания радиотехнических приборов и в пирометрии, сплав МН0,6 – как компенсационные провода к платино-платинородиевым термопарам, а сплав МН16 – как компенсационные провода к платино-золотым и палладий-платинородиевым термопарам.
Наконец, к группе сплавов сопротивления и сплавов с особыми свойствами относятся сплавы, обладающие высокой жаропрочностью и жароупорностью и применяющиеся для изготовления разного рода электронагревательных приборов и электропечей.
Например, константан (МНМц40–1,5) применяется для производства реостатов, термопар, нагревательных приборов, работающих при температурах до 500 о С. Манганин (МНМц3–12) используется в производстве электроизмерительных приборов и приборов электросопротивления, работающих при температурах ниже 100 о С [1].
1.1.2 Влияние примесей на свойства медно-никелевых сплавов
Добавки других элементов в медно-никелевые сплавы в качестве легирующих компонентов или их присутствие в качестве примесей существенно влияет на механические, технологические и физико-химические свойства этих сплавов.
Алюминий значительно растворяется, как в меди, так и в никеле. Его часто добавляют в сплавы как раскислитель и дегазатор. Добавки алюминия несколько увеличивают прочность и пластичность, но не влияют на электропроводность и термоэдс. Также они понижают температуру магнитных превращений.
Железо значительно облегчает процессы обработки сплавов, однако значительно понижает их жаропрочность и термоэдс. Поэтому примеси железа в термоэлектродных сплавах и сплавах сопротивления нежелательны. Однако добавки железа к мельхиорам повышают их стойкость против ударной коррозии.
Кремний ограниченно растворим как в никеле, так и в меди и иногда применяется в качестве раскислителя. Кремний снижает пластичность сплавов, вызывая брак по трещинам при обработке давлением. На термоэлектродные сплавы кремний влияет отрицательно, и его содержание не должно превышать 0,002%. В сплавах сопротивления кремния может быть не больше 0,1%.
Марганец положительно влияет на механические свойства и жаростойкость медно-никелевых сплавов. Кроме того, марганец является хорошим раскислителем, он парализует вредное влияние серы. Полезно добавлять марганец в мельхиоры, так как он устраняет хрупкость сплавов после отжига при наличии в них углерода.
Магний иногда применяется в качестве раскислителя и дегазатора. Также он парализует вредное влияние серы.
Цинк является одним из основных компонентов в нейзильберах. Однако он является вредной примесью в термоэлектродных сплавах и сплавах сопротивления из-за того, что легко испаряется.
Хром растворим в никеле в твёрдом состоянии, причём при нагревании растворимость повышается. Хром повышает электросопротивление и жаростойкость.
Сера является очень вредной примесью. При затвердевании её соединения с никелем выделяются по границам кристаллитов, придавая сплаву хрупкость. При содержании серы 0,01% сплавы легко разрушаются при обработке давлением. Вредное действие серы можно нейтрализовать, вводя в сплавы марганец, магний или литий.
Углерод ничтожно мало растворим в медно-никелевых сплавах. При содержании никеля 30% растворимость углерода составляет всего лишь 0,045%. При содержании углерода выше предела растворимости, он выделяется в виде графита по границам кристаллитов, что способствует быстрому разрушению готовых изделий от интеркристаллитной коррозии.
Висмут и свинец – вредные примеси. При их содержании более 0,002% сплавы легко разрушаются при горячей обработки давлением. Свинец вводится лишь в нейзильбер МНЦС16–29–1,8 для улучшения его обрабатываемости резанием. Но этот сплав можно обрабатывать давлением только в холодном состоянии.
Сурьма и мышьяк – вредные примеси. Они резко ухудшают обрабатываемость сплавов давлением.
Фосфор и кадмий – вредные примеси, так как они резко снижают механические, физические и технологические свойства сплавов.
Добавки кальция, бора и циркония в количестве до 0,05 – 0,1% несколько увеличивают пластичность [1].
1.1.3 Характеристики мельхиоров МН19 и МНЖМц30–1–1
Мельхиор МН19 отличается высокой коррозионной стойкостью, высокими механическими свойствами, хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии. Листы и ленты из МН19 применяют для изготовления разменной монеты, медицинского инструмента, сеток, деталей в точной механике и химической промышленности, а так же для производства изделий широкого потребления.
Мельхиор МНЖМц30–1–1 обладает хорошими механическими свойствами, удовлетворительно обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии. Отличительной особенностью МНЖМц30–1–1 является его высокая коррозионная стойкость в пресной и морской воде и в парах воды. Поэтому он широко применяется в морском судостроении, главным образом, для изготовления конденсаторных труб, работающих в тяжёлых условиях при повышенных скоростях воды, давлениях и температурах, где медные и латунные трубы неприемлемы.
МНЖМц30–1–1 наиболее стоек (из всех известных сплавов) против ударной (струевой) коррозии. Однако даже он может разрушаться при очень больших скоростях воды (более 2 м /с ) или в присутствии пузырьков воздуха или СО2 .
Мельхиоры быстро корродируют в минеральных кислотах (особенно, в азотной), но незначительно – в органических. Мельхиоры стойки к атмосферной коррозии, сухие газы (галогены) также не действуют на них при комнатной температуре.
Щёлочи и щелочные растворы солей и органических соединений (CCl4 , CHCl3 ) очень незначительно влияют на мельхиоры, однако в растворах аммиака и солей аммония скорость их коррозии возрастает.
В расплавленных металлах (Sn, Pb, Zn, Al, припои) мельхиоры быстро разрушаются.
Химический состав мельхиоров МН19 и МНЖМц30–1–1 по ГОСТ 492–73 представлен в табл. 1.3. Механические, физические и технологические свойства мельхиоров представлены в табл. 1.4. Скорости коррозии мельхиоров в различных средах приведены в табл. 1.5 [1].
Табл. 1.3. Химический состав мельхиоров МН19 и МНЖМц30–1–1 (по ГОСТ 492–73)
Медно-никелевые сплавы – сплавы на основе меди, содержащие никель в качестве главного легирующего элемента. Никель образует с медью непрерывный ряд твёрдых растворов. При добавлении никеля к меди возрастают её прочность и электросопротивление, снижается температурный коэффициент электросопротивления, сильно повышается стойкость против коррозии. Медно-никелевые сплавы хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии — из них получают листы, ленты, проволоку, прутки, трубы, штампуют различные изделия.
Файлы: 1 файл
медь и медно никелевые сплавы.docx
Институт материаловедения и металлургии
Преподаватель: Грачев С.В.
Студентка гр. Мт-480902: Вотинцева Е.О.
Медно-никелевые сплавы – сплавы на основе меди, содержащие никель в качестве главного легирующего элемента. Никель образует с медью непрерывный ряд твёрдых растворов. При добавлении никеля к меди возрастают её прочность и электросопротивление, снижается температурный коэффициент электросопротивления, сильно повышается стойкость против коррозии. Медно-никелевые сплавы хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии — из них получают листы, ленты, проволоку, прутки, трубы, штампуют различные изделия.
Краткая характеристика меди
Медь — металл красного (в изломе розового) цвета, относится к тяжелым цветным металлам (r = 8890 кг/м 3 ). Медь кристаллизуется в гранецентрированной решетке (ГЦК) типа Al с параметром а = 0,36074 нм и полиморфных превращений не имеет.
Чистая медь обладает высокой электрической проводимостью (на втором месте после серебра), пластичностью, коррозионной стойкостью в пресной и морской воде, а также в ряде химических сред. Медь принято считать эталоном электрической проводимости и теплопроводности по отношению к другим металлам. Характеристики этих свойств меди оцениваются 100 %, в то время как у алюминия, магния и железа они составляют соответственно 60, 40 и 17 % от свойств меди. Медь обладает отличной обрабатываемостью давлением в холодном и горячем состоянии, хорошими литейными свойствами и удовлетворительной обрабатываемостью резанием.
Медь и ее сплавы являются традиционными материалами, используемыми в технике низких температур. Применение меди и ее сплавов обусловлено их высокими характеристиками механических свойств при низких температурах, хорошей коррозийной стойкостью и высокой теплопроводностью.
Характеристики основных физико-механических свойств меди
Плотность r , кг/м 3
Температура плавления Тпл, ° С
Скрытая теплота плавления D Нпл, Дж/г
Теплопроводность l , Вт/ (м × град), при 20–100 ° С
Удельная теплоемкость Ср, Дж/ (г × К),
при 20–100 ° С
Коэффициент линейного расширения
a × 10 –6 , град –1 , при 0–100 ° С
Удельное электросопротивление r × 10 8 , Ом × м,
при 20–100 ° С
Температурный коэффициент электросоп-
ротивления, град –1 , при 20–100 ° С
Предел прочности s в, МПа
мягкой меди (в отожженном состоянии)
твердой меди (в нагартованном состоянии)
Относительное удлинение d , %
мягкой меди (в отожженном состоянии)
твердой меди (в нагартованном состоянии)
Твердость по Бринеллю НВ, МПа
мягкой меди (в отожженном состоянии)
твердой меди (в нагартованном состоянии)
Предел текучести s t , МПа
мягкой меди (в отожженном состоянии)
твердой меди (в нагартованном состоянии)
Ударная вязкость KCU, Дж/см 2
Модуль сдвига G × 10 –3 , МПа
Модуль упругости Е × 10 –3 , МПа
мягкой меди (в отожженном состоянии)
твердой меди (в нагартованном состоянии)
Температура рекристаллизации, ° С
Температура горячей деформации, ° С
Температура литья, ° С
Все примеси, особенно входящие в твердый раствор, снижают электропроводность меди. Наиболее сильно уменьшают электропроводность примеси P, As, Al, Sn. Вредными примесями, снижающими механические и технологические свойства меди и ее сплавов, являются Bi, Pb, S и O. Свинец и висмут ничтожно растворимы в меди и образуют по границам зерен легкоплавкие эвтектики, что приводит к красноломкости. Сера и кислород также нерастворимы в меди и образуют эвтектики Cu—Cu2S и Cu—Cu2O, но красноломкость они не вызывают, так как их температура плавления (1067 ° С и 1065 ° С соответственно) выше температур горячей обработки давлением. Однако эти эвтектики весьма хрупкие, и их наличие даже в небольших количествах приводит к снижению пластичности.
Высокая тепло- и электропроводность меди затрудняют ее электросварку (точечную и роликовую), особенно массивных изделий. Тонкие детали можно сварить вольфрамовыми электродами. Детали толщиной более 2 мм можно сваривать нейтральным ацетилено- кислородным пламенем, предохраняя их от окисления и загрязнения. Наиболее надежный способ соединения медных изделий — пайка твердыми и мягкими припоями.
Благодаря своим свойствам медь широко используется в электротехнике, радиотехнике, приборостроении и различных отраслях машиностроения. Среди цветных металлов по объему потребления медь занимает второе место (после алюминия), причем около половины производимой меди используют в электро- и радиотехнике, а вторую половину — для получения медных сплавов.
Краткая характеристика никеля
Никель — металл серебристо-белого цвета, кристаллизующийся в решетку ГЦК с параметром а = 0,352 нм (при 20 ° С) и полиморфных превращений не имеет. При температуре ниже 358 ° С (точка Кюри) никель является слабым ферромагнетиком. Никель — прочный, высокопластичный металл, отличающийся высокой коррозионной стойкостью, повышенной температурой плавления и высокой каталитической способностью. Это обусловило его широкое применение в металлургии, машиностроении, электронике, медицине и других отраслях техники.
Медно-никелевые сплавы – сплавы на основе меди, содержащие никель в качестве главного легирующего элемента. Никель образует с медью непрерывный ряд твёрдых растворов. При добавлении никеля к меди возрастают её прочность и электросопротивление, снижается температурный коэффициент электросопротивления, сильно повышается стойкость против коррозии. Медно-никелевые сплавы хорошообрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии — из них получают листы, ленты, проволоку, прутки, трубы, штампуют различные изделия. Медно-никелевые сплавы подразделяют на конструкционные и электротехнические. Конструкционные медно-никелевые сплавы отличаются высокой коррозионной стойкостью и красивым серебристым цветом, к ним относятся мельхиор и нейзильбер. Электротехнические медно-никелевые сплавы имеютвысокое электросопротивление и высокую термоэдс в паре с другими металлами. Их применяют для изготовления резисторов, реостатов, термопар. К электротехническим медно-никелевым сплавам относятся константан, копель и другие сплавы. Благодаря разнообразным ценным свойствам медно-никелевые сплавы, несмотря на дефицитность никеля, находят широкое применение в электротехнике, судостроении, для производствапосуды, художественных изделий массового потребления, в медицинской промышленности, пирометрии.
1. Классификация и общая характеристика медно-никелевых сплавов
Медно-никелевые сплавы по механическим, физико-химическим свойствам и областям применения можно условно разделить на следующие основные группы: конструкционные, термоэлектродные, сплавы сопротивления и сплавы с особыми свойствами. ВУкраине маркировку сплавов проводят следующим образом:
Каждый элемент, входящий в сплав имеет своё собственное буквенное обозначение. Некоторые из них представлены в табл. 1.1.
Табл. 1.1. Буквенные обозначения некоторых элементов в Украине
Элемент|Обозначение|Элемент|Обозначение|
Zn|Ц|Pb|С|
Mn|Мц|Fe|Ж|
Al|А|Si|К|
Ni|Н|P|Ф|
Sn|О|Ti|Т|
Be|Б|Cr|Х|
Cu|М|||
Название сплава состоит избукв элементов, входящих в него. Вначале ставятся буквы основных компонентов, определяющих свойства сплава, а затем буквы остальных компонентов в порядке уменьшения содержания этих элементов в сплаве. Среднее содержание элементов в сплаве указывается цифрами, разделёнными тире, сразу после буквенного обозначения сплава в том же порядке, в котором расположены буквы элементов в названии сплава.Содержание основного компонента не указывается, а рассчитывается как разность 100% и суммарного содержания всех легирующих компонентов.
Например, сплав МН10 содержит в своём составе 10% (по массе) никеля (Н), остальное – медь (М). Сплав МНЦС16–29–1,8 содержит в своём составе 16% никеля (Н), 29% цинка (Ц), 1,8% свинца (С), остальное – медь (М) [2].
К конструкционным сплавам относят мельхиоры, нейзильберы инекоторые другие сплавы. Их применяют для изготовления деталей с повышенными механическими и коррозионными свойствами (см. табл. 1.2.).
Мельхиор
Мельхиор - однофазный сплав, представляющий собой твёрдый раствор; хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии, после отжига имеет предел прочности около 400 Мн/м2 (40 кгс/мм2). Наиболее ценное свойство Мельхиора — высокая стойкость противкоррозии в воздушной атмосфере, пресной и морской воде. Увеличенное содержание никеля, а также добавки железа и марганца обеспечивают повышенную коррозионную и кавитационную стойкость, особенно в морской воде и в атмосфере водяного пара. В мельхиоре марки МН19, применяемом для изготовления монет, допускается повышение содержания марганца или железа, но при этом сумма их не должна превышать 1,3%. Вмельхиоре марки МН19, применяемом для изготовления лент специального назначения, устанавливается следующее содержание примесей: марганца не более 0,01%, магния не более 0,01%, кремния не более 0,15 %, железа не более 0,3% и сумма примесей не более 0,6%.
Нейзильбер
Нейзильбер - сплав меди с 5—35% Ni и 13—45% Zn. При повышенном содержании никеля имеет красивый белый.
Никель — высокопрочный пластичный металл серебристо-белого цвета. Был открыт в 1751 году шведским химиком Акселем Кронстедтом. В периодической системе Д. И. Менделеева имеет номер 28 и символ Ni, атомная масса равна 58,71.
Никель — твердый и вязкий металл с ферромагнитными свойствами. Он хорошо поддается сварке, ковке, штамповке и прокатке. Отличается устойчивостью в химически активных средах, в том числе в щелочах. В атмосферных условиях покрывается защитной оксидной пленкой и не окисляется даже при температуре 800 ⁰С.
Физические свойства никеля:
- Температура плавления — 1455 ⁰С.
- Скрытая теплота плавления — 73 кал/г.
- Температура кипения — 2913 ⁰С.
- Скрытая теплота испарения — 1450 кал/г.
- Плотность — 8800 кг/м3.
- Предел прочности при растяжении отожженного никеля — 4000−5000 МПа.
- Предел прочности при растяжении деформированного никеля — 7500−9000 МПа.
- Предел текучести отожженного никеля — кГ/мм2.
- Предел текучести деформированного никеля — 70 кГ/мм2.
- Теплопроводность — 90,9 Вт/(м*К).
- Удельное электросопротивление — 0,0684 мкОм*м.
- Модуль упругости — 196−210 ГПа.
- Модуль нормальной упругости — 20000 кГ/мм2.
- Модуль сдвига — 7300 кГ/мм2.
- Твердость литого никеля — 60−70 кГ/мм2.
- Твердость отожженного никеля 70−90 кГ/мм2.
- Твердость деформированного никеля — 200 кГ/мм2.
Благодаря своим свойствам никель в чистом виде и особенно в сплавах широко применяется в различных областях промышленности. Металл образует твердые растворы со многими элементами.
Марки и химический состав никеля
Согласно ГОСТ 849-2008, выпускается 7 марок никеля — Н0, Н1Ау, Н1у, Н1, Н2, Н3 и Н4. В их составе содержится от 97,6 до 99,99 % никеля в сумме с небольшим процентом кобальта (Co) — от 0,005 до 0,7 %. Остальную массу занимают примеси:
- Углерод (C) — есть во всех марках никеля.
- Магний (Mg).
- Алюминий (Al).
- Кремний (Si).
- Фосфор (P).
- Сера (S) — есть во всех марках.
- Марганец (Mn).
- Железо (Fe).
- Медь (Cu) — есть во всех марках.
- Цинк (Zn).
- Мышьяк (As)
- Кадмий Cd).
- Олово (Sn).
- Сурьма (Sb).
- Свинец (Pb).
- Висмут (Bi).
Подробный химический состав никеля разных марок представлен в таблице ниже.
| Марка | Химический состав, % | |||||||||||||||||
| Ni и co, не менее | В том числе Co, не более | Примеси, не более | ||||||||||||||||
| C | Mg | Al | Si | P | S | Mn | Fe | Cu | Zn | As | Cd | Sn | Sb | Pb | Bi | |||
| H0 | 99,99 | 0,005 | 0,005 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,002 | 0,001 | 0,0005 | 0,0005 | 0,0003 | 0,0003 | 0,0003 | 0,0003 | 0,0001 |
| H1Ay | 99,95 | 0,1 | 0,001 | 0,001 | — | 0,002 | 0,001 | 0,001 | — | 0,01 | 0,1 | 0,001 | 0,001 | 0,0006 | 0,0005 | 0,0005 | 0,0005 | 0,0001 |
| H1y | 99,95 | 0,1 | 0,01 | 0,001 | — | 0,002 | 0,001 | 0,001 | — | 0,01 | 0,015 | 0,001 | 0,001 | 0,0005 | 0,0005 | 0,0005 | 0,0005 | 0,0003 |
| H1 | 99,93 | 0,1 | 0,01 | 0,001 | — | 0,002 | 0,001 | 0,001 | — | 0,02 | 0,02 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,0001 | 0,001 | 0,0006 |
| H2 | 99,8 | 0,15 | 0,02 | — | — | 0,002 | — | 0,003 | — | 0,04 | 0,04 | 0,005 | — | — | — | 0,1 | — | |
| H3 | 98,6 | 0,7 | 0,1 | — | — | — | — | 0,03 | — | — | 0,6 | — | — | — | — | — | — | |
| H4 | 97,6 | 0,7 | 0,15 | — | — | — | — | 0,04 | — | — | 1,0 | — | — | — | — | — | — | |
Влияние примесей на свойства металла
Сера является одной из наиболее вредных примесей. Она придает никелю краcноломкость, из-за которой ухудшаются свойства металла при обработке давлением. Чтобы нейтрализовать действие серы, добавляют марганец и/или магний.
Углерод в количестве до 0,1 % никак не влияет на свойства металла, однако при большем содержании этого элемента он выпадает из твердого раствора при отжиге и снижает пластичность холодного никеля.
При содержании висмута и свинца в количестве от 0,002 % становится невозможной горячая обработка металла: так как эти элементы почти не растворяютися в твердом состоянии, из-за них разрушается слиток. Поэтому во всех марках никеля количество свинца и висмута ограничено 0,001 и 0,0006 % соответственно.
Алюминий увеличивает электросопротивление никеля. Данный элемент содержится в самой чистой марке — Н0. Кроме того, широко применяются сплавы никеля и алюминия: у них высокая жаропрочность и устойчивость к коррозии.
Железо не оказывает ощутимого влияния на свойства никеля. Кремний раскисляет основной металл, благодаря чему благоприятно влияет на его литейные свойства, химическую стойкость и прочность.
Кобальт повышает жаростойкость, жаропрочность и прочность никеля, а марганец оказывает положительные влияние на технологические и механические свойства металла, улучшает его электросопротивление.
Применение никеля в чистом виде
Для защиты металлов от коррозии
Для этого используются покрытия, которые наносятся гальванопластикой или плакированием. Первый способ применяют для алюминия, чугуна, магния и цинка, второй — для нелегированных сталей и железа.
Для производства металлических изделий, которые имеют постоянные формы и высокую коррозионную устойчивость
Никель в чистом виде стоит дороже, чем железо и сталь, поэтому используется в тех случаях, когда невозможно обойтись другим металлом с никелевым покрытием. Из никеля производят тигли и котлы, цистерны для перевозки и плавления щелочей, хранения реагентов, пищевых продуктов и др. В никелевых трубах изготавливают конденсаты. Инструменты их этого металла устойчивы при взаимодействии с агрессивными элементами, поэтому они практически незаменимы в химических лабораториях и медицинских центрах. Различные приборы из никеля применяются для телевидения, радиолокации и атомной техники.
В качестве катализаторов и фильтров в химической промышленности
Никель обладает такими же каталитическими свойствами, что и палладий, но стоит значительно меньше, поэтому широко используется в виде порошка в реакциях гидрирования спиртов, непредельных и ароматических углеводородов, циклических альдегидов.
Порошок чистого никеля также подходит для создания пористых фильтров, которые используются для фильтрования различных продуктов: топлива, газов и др.
Для механических прерывателей нейтронного пучка.
Свойства никеля позволяют получать нейтронные импульсы с большой энергией, в результате чего пластины из этого металла применяются в ядерной физике.
Также никель используют при изготовлении электродов в щелочных аккумуляторах.
Никелевые сплавы
В сплавах никель (вместе с кобальтом) соединяется с алюминием, кремнием, марганцем, железом и хромом. Согласно ГОСТ 492-73, в них допускается не более 1,4 % примесей. В составе примесей содержится незначительная доля магния, свинца, серы, углерода, висмута, мышьяка, сурьмы, кадмия, олова. Отдельной группой выступают медно-никелевые сплавы.
Все сплавы никеля разделяются на четыре большие группы:
- Конструкционные. Особенность этих сплавов — высокие механические свойства и повышенная устойчивость к коррозии. К этой группе относятся прежде всего сплавы на медно-никелевой основе, такие как мельхиор, монель, нейзильбер. Они хорошо свариваются и поддаются обработке в холодном и горячем виде.
- Жаростойкие. Основными элементами этих сплавов являются никель и железо. Они отличаются высокой жаростойкостью и жаропрочностью, применяются преимущественно для производства электронагревательных приборов. Их также используют для изготовления малогабаритных тензорезисторов и потенциометрических обмоток.
- Термоэлектродные. Это сплавы с высоким удельным сопротивлением и большой электродвижущей силой. Их используют для производства компенсационных проводов, термопар, прецизионных приборов. К данной группе относятся некоторые никелевые (хромель, алюмель) и медно-никелевые (константан, копель, манганин) сплавы.
- Сплавы с особыми свойствами. В эту группу входят сплавы, которые находят особое применение благодаря своим уникальным свойствам. Инвар — сплав никеля и железа, который отличается повышенной упругостью. Он применяется для изготовления эталонов длины, мерных геодезических проволок, несущих конструкций лазеров, деталей часовых механизмов и др. Пермаллой — также сплав никеля и железа, обладающий высокой проницаемостью в магнитных полях. Его используют для производства магнитопроводов, деталей реле, сердечников трансформаторов и др.
Сплав с кремнием
Кремнистый никель НК 0,2 содержит 99,4 % никеля (с кобальтом), 0,15 - 0,25 % кремния и до 0,45 % примесей. Из этого сплава изготавливаются ленты и полосы, которые находят применения в электротехнике: из них делают детали приборов и устройств.
Сплавы никеля и марганца
Марганцевый никель выпускается четырех марок — НМц1, НМц2, НМц2,5 и НМц5. Из сплава НМц1 производят сетки управления ртутных выпрямителей. НМц2 находит применение в электронных лампах повышенной прочности, используется для держателей сеток и др. Проволока из сплавов НМц2,5 и НМц5 используется в свечах двигателей — автомобильных, авиационных и тракторных. НМц5 также применяется для радиоламп.
Алюмель
Алюмель (НМцАК 2-2-1) — сплав никеля, алюминия, марганца и кремния. Он содержит 1,60−2,40 % алюминия, 1,80−2,70 % марганца, 0,85−1,50 кремния, до 0,7 % примесей, остальная часть — никель с кобальтом (кобальта — до 1,2 %). Алюмель применяется для изготовления термопар, которые используются для измерения температуры в различных областях промышленности, системах автоматики, а также в медицине и научных исследованиях.
Хромели
Хромель Т (НХ 9,5) — сплав никеля и 9-10 % хрома с содержанием примесей в количестве не более 1,4 %. Из этого сплава изготавливают проволоку для термопар.
Хромель К (НХ 9) содержит 8,5−10 % хрома и до 1,4 % примесей. Проволока из данного сплава используется для компенсационных проводов.
В состав хромеля ТМ (НХМ 9,5) входит 9−10 % хрома, 0,1−0,6 % кремния и до 0,15 % примесей. Сплав используется для изготовления термопар.
Хромель КМ (НХМ 9) — это сплав никеля, 8,5−10 % хрома, 0,1−0,6 % кремния с содержанием не более 0,15 % примесей. Применяется для изготовления проволоки компенсационных проводов.
Медно-никелевые сплавы
Это сплавы на медной основе, при этом никель является в них основным легирующим элементом. Смешение никеля и меди гарантирует высокую прочность, электросопротивление и устойчивость к коррозии.
В качестве элементов медно-никелевых сплавов могут также выступать алюминий, железо, марганец, цинк, титан, свинец, кремний. Согласно ГОСТ 492-73, допускается не более 2 % примесей, для некоторых сплавов — не более 0,15 %. Наиболее распространенные медно-никелевые сплавы — это копель, константан, мельхиор, нейзильбер, куниаль, манганин, монель.
Копель
Копель (МНМц43-0,5) содержит 0,1−1 % марганца, 42,5−44 % никеля, до 0,6 % примесей, остальная масса приходится на медь. Сплав имеет большую термоэлектродвижущую силу, выпускается в виде проволоки, которая применяется для компенсационных проводов, а также для изготовления термопар.
Константан
Константан (МНМц40-1,5) — термостабильный сплав с высоким удельным электросопротивлением. Он состоит из 1-2 % марганца, 39-41 % никеля, примерно 59 % меди и не более 0,9 % примесей. Константан выпускается в виде проволоки, полос и лент. Используется для изготовления приборов высокого класса точности, реостатов и электронагревательных элементов, компенсационных проводов и термопар.
Мельхиор
Нейзильбер
Куниаль
Куниаль — дисперсионно-твердеющий сплав меди, никеля и алюминия. Куниаль А (МНА13-3) содержит 2,3-3 % алюминия, 12-15 % никеля, около 80 % меди и не более 1,9% примесей. Куниаль Б (МНА6-1,5) — 1,2-1,8 % алюминия, 5,5-6,5 % никеля, около 90 % меди и не более 1,1 % примесей.
Куниаль А выпускается в виде прутков, применяется в машиностроении для изделий повышенной прочности. Из куниаля Б изготавливают полосы, которые используются в электротехнике для пружин и других изделий.
Манганин
Манганин (МНМц3-12) — термостабильный сплав, содержащий 11,5-13,5 % марганца, 2,5-3,5 % никеля, около 85 % меди и не более 0,9 % примесей. Он выпускается в виде листов и проволоки, находит применение в измерительной технике: из манганина делают шунты, катушки, добавочные сопротивления, магазины сопротивлений и др.
Монель
Читайте также: