آلیاژ نیکل

آلیاژهای نیکل-آهن
آلیاژهای نیکل-آهن در کاربردهایی عمل می کنند که خاصیت مورد نظر نرخ انبساط حرارتی کم است. Invar 36® که با نام‌های تجاری Nilo 6® یا Pernifer 6® نیز فروخته می‌شود، دارای ضریب انبساط حرارتی است که حدود 1/10 ضریب انبساط حرارتی فولاد کربنی است. این درجه بالایی از ثبات ابعادی، آلیاژهای نیکل-آهن را در کاربردهایی مانند تجهیزات اندازه گیری دقیق یا میله های ترموستات مفید می کند. سایر آلیاژهای نیکل و آهن با غلظت‌های بیشتر نیکل در کاربردهایی که خواص مغناطیسی نرم مهم هستند، مانند ترانسفورماتورها، سلف‌ها یا دستگاه‌های ذخیره‌سازی حافظه استفاده می‌شوند.

آلیاژهای نیکل مس
آلیاژهای نیکل مس در برابر خوردگی توسط آب نمک یا آب دریا بسیار مقاوم هستند و بنابراین در کاربردهای دریایی کاربرد دارند. به عنوان مثال، Monel 400® که با نام های تجاری Nickelvac® 400 یا Nicorros® 400 نیز فروخته می شود، می تواند در سیستم های لوله کشی دریایی، شفت پمپ ها و دریچه های آب دریا کاربرد داشته باشد. این آلیاژ به عنوان حداقل غلظت 63% نیکل و 28-34% مس است.

آلیاژهای نیکل-مولیبدن
آلیاژهای نیکل-مولیبدن مقاومت شیمیایی بالایی در برابر اسیدهای قوی و سایر کاهنده‌ها مانند اسید کلریدریک، کلرید هیدروژن، اسید سولفوریک و اسید فسفریک دارند. ترکیب شیمیایی برای آلیاژی از این نوع، مانند آلیاژ B-2®، دارای غلظت مولیبدن 29-30% و غلظت نیکل بین 66-74% است. کاربردها شامل پمپ ها و شیرها، واشرها، مخازن تحت فشار، مبدل های حرارتی و محصولات لوله کشی می باشد.

آلیاژهای نیکل کروم
آلیاژهای نیکل کروم به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی، استحکام در دمای بالا و مقاومت الکتریکی بالا مورد توجه قرار می گیرند. به عنوان مثال، آلیاژ NiCr 70/30 که با نام‌های Ni70Cr30، Nikrothal 70، Resistohm 70 و X30H70 نیز شناخته می‌شود، دارای نقطه ذوب 1380oC و مقاومت الکتریکی 1.18 μΩ-m است. عناصر گرمایشی مانند توسترها و سایر بخاری های مقاومت الکتریکی از آلیاژهای نیکل کروم استفاده می کنند. هنگامی که به شکل سیم تولید می شوند، به عنوان سیم Nichrome® شناخته می شوند.

آلیاژهای نیکل-کروم-آهن
آلیاژهای نیکل-کروم-آهن این عناصر را ترکیب می کنند تا آلیاژهایی تولید کنند که در برابر اکسیداسیون و خوردگی در دمای بالا مقاومت می کنند. آلیاژ 800 که با نام های تجاری Incoloy 800®، Ferrochronin® 800، Nickelvac® 800 و Nicrofer® 3220 فروخته می شود، در اجزای کوره مانند لوله های کراکر کوره های پتروشیمی و به عنوان ماده ای برای پوشش عناصر گرمایش الکتریکی استفاده می شود. این آلیاژها عموماً به دلیل خواص خزش و گسیختگی بهینه در دماهای بالا نیز ارزشمند هستند. ترکیب این آلیاژها معمولاً 30-35٪ نیکل، 19-23٪ کروم و حداقل 39.5٪ آهن است. غلظت بالای آهن منجر به طبقه بندی مجدد این آلیاژها به عنوان فولاد ضد زنگ شده است.

آلیاژهای نیکل-کروم-مولیبدن
با کاربردهای مشابه آلیاژهای نیکل-مولیبدن، آلیاژهای نیکل-کروم-مولیبدن نیز مقاومت بالایی در برابر خوردگی به ویژه با توجه به اسیدهای کاهنده مانند اسید هیدروکلریک و اسید سولفوریک دارند. یکی از شناخته شده ترین این آلیاژها آلیاژ C-276 است که با نام های تجاری Hastelloy C276®، Nickelvac® HC-276، Inconel® 276 و Nicrofer® 5716 نیز فروخته می شود. این آلیاژ در لاینرها، مجراها و اسکرابرها و همچنین در اجزای پردازش شیمیایی مانند مبدل های حرارتی، تبخیرکننده ها یا مخازن واکنش. ترکیب این آلیاژ عمدتاً نیکل با 15-17% مولیبدن، 14.{10}}.5% کروم، 4-7% آهن، 3-4.5% تنگستن و غلظت‌های کمتر است. عناصر دیگر مانند منگنز.

آلیاژهای نیکل-کروم-کبالت
این آلیاژهای نیکل کروم و مولیبدن را برای افزایش مقاومت گسیختگی به آلیاژ اضافه می کنند. آلیاژ 617 نمونه ای است که با نام های تجاری Inconel 617® و Nicrofer® 617 فروخته می شود که دارای ترکیبی از 20-24% کروم، 10-15% کبالت، و 8-10% مولیبدن با یک حداقل مقدار نیکل 44.5٪. کاربردهای این آلیاژها شامل اجزای کوره های صنعتی، توربین های گازی، پشتیبانی از شبکه کاتالیزور برای تولید اسید نیتریک و تأسیسات تولید سوخت فسیلی است.

آلیاژهای نیکل تیتانیوم
آلیاژهای نیکل-تیتانیوم ویژگی حفظ شکل ویژگی های حافظه شکل را دارند. با تشکیل یک شکل از این آلیاژ در دمای بالاتر و تغییر شکل آن از آن شکل تشکیل‌شده در دمای پایین‌تر، آلیاژ شکل اولیه را به خاطر می‌آورد و پس از گرم شدن به این به اصطلاح دمای انتقال، به آن شکل تبدیل می‌شود. با کنترل ترکیب آلیاژ، دمای انتقال را می توان تغییر داد. این آلیاژها دارای خاصیت فوق الاستیک هستند که می‌توان از آن برای ایجاد ضربه‌گیر در برابر آسیب‌های ناشی از زلزله برای کمک به محافظت از ساختمان‌های سنگی استفاده کرد.

نیکل عمدتاً از دو منبع اصلی به دست می آید: سنگ معدن سولفید و سنگ لاتریت. فرآیند استخراج نیکل از این سنگ‌ها شامل مراحل مختلفی از جمله استخراج، تغلیظ، ذوب و پالایش است. در اینجا یک مرور کلی از روند انجام شده است:

معدن:سنگ معدن های حاوی نیکل معمولاً از معادن زیرزمینی یا روباز استخراج می شوند. سنگ معدن ممکن است حاوی سولفیدهای نیکل یا سنگ معدن لاتریت (اکسید) باشد.

تمرکز:هنگامی که سنگ معدن استخراج شد، آن را خرد کرده و به پودر ریز تبدیل می کنند. تکنیک های مختلفی مانند فلوتاسیون یا جداسازی مغناطیسی برای جداسازی کانی های حاوی نیکل از سایر کانی های موجود در سنگ معدن استفاده می شود.

ذوب:در مورد سنگ معدن سولفید، سنگ معدن نیکل غلیظ شده سپس تحت یک فرآیند ذوب قرار می گیرد. سنگ معدن در یک کوره با یک عامل احیا کننده مانند کک یا زغال سنگ گرم می شود که با سولفیدها واکنش می دهد و مخلوطی از نیکل مات (شکل خام نیکل) و سرباره تولید می کند. مات حاوی نیکل، مس و ناخالصی های دیگر است.

پالایش:مات نیکل برای از بین بردن ناخالصی ها و جداسازی نیکل از سایر فلزات تحت تصفیه بیشتری قرار می گیرد. این معمولاً از طریق فرآیندی به نام "تبدیل" انجام می شود، که در آن مات در حضور اکسیژن گرم می شود تا ناخالصی ها را اکسید کرده و آنها را به سرباره تبدیل کند. محصول به دست آمده به عنوان «تاول نیکل» شناخته می شود که حاوی حدود 99 درصد نیکل است.

پالایش الکتریکی:تاول نیکل سپس تحت پالایش الکتریکی قرار می گیرد، جایی که در محلول الکترولیت حل می شود و تحت جریان الکتریکی قرار می گیرد. این فرآیند به پاکسازی نیکل و جداسازی آن از ناخالصی های باقی مانده کمک می کند. نیکل خالص شده بر روی کاتدها رسوب می کند، در حالی که ناخالصی ها به صورت لجن آند ته نشین می شوند.

پردازش بیشتر:نیکل تصفیه شده بسته به محصول نهایی مورد نظر می تواند تحت فرآیندهای اضافی مانند آلیاژ شدن با فلزات دیگر یا تصفیه بیشتر قرار گیرد.

نیکل و آلیاژهای نیکل در اشکال تجاری مختلف موجود هستند که هر کدام خواص و کاربردهای منحصر به فرد خود را دارند. برخی از اشکال تجاری رایج نیکل و آلیاژهای نیکل عبارتند از.

ورق ها و صفحات نیکل:اینها ورقه های صاف و نازک یا صفحات نیکل هستند که در صنایع مختلف از جمله هوافضا، پردازش شیمیایی و الکترونیک استفاده می شوند.

میله ها و میله های نیکل:میله ها و میله های نیکل شکل های استوانه ای جامد نیکل هستند که اغلب در ساخت قطعات برای صنایع شیمیایی، پتروشیمی و تولید برق استفاده می شوند.

سیم نیکل:سیم نیکل یک شکل نازک و انعطاف پذیر از نیکل است که معمولاً در کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی مانند عناصر گرمایشی، سیم های مقاومتی و اتصالات الکتریکی استفاده می شود.

لوله ها و لوله های نیکل:لوله ها و لوله های نیکل سازه های استوانه ای توخالی ساخته شده از نیکل هستند که در صنایعی مانند نفت و گاز، فرآوری شیمیایی و کاربردهای دریایی استفاده می شوند.

فویل نیکل:فویل نیکل یک ورق بسیار نازک از نیکل است که اغلب در کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر خوردگی بالا دارند، مانند ساخت باتری و قطعات الکترونیکی استفاده می شود.

پودر نیکل:پودر نیکل یک شکل ریز و پودری از نیکل است که در کاربردهای مختلفی از جمله قالب‌گیری تزریقی فلز، متالورژی پودر و کاتالیزورها استفاده می‌شود.

آلیاژهای نیکل:آلیاژهای نیکل مخلوطی از نیکل با عناصر دیگر مانند کروم، آهن، مس و مولیبدن هستند تا خواص خاص را افزایش دهند. آلیاژهای متداول نیکل عبارتند از Inconel، Monel، Hastelloy و Nichrome که در صنایعی مانند هوافضا، فرآوری شیمیایی و مهندسی دریایی استفاده می شوند.

بله، نیکل را می توان جوش داد. نیکل و آلیاژهای آن جوش پذیری خوبی دارند و می توان آنها را با استفاده از فرآیندهای مختلف جوشکاری به یکدیگر متصل کرد. انتخاب روش جوشکاری به عواملی مانند آلیاژ نیکل خاص، ضخامت ماده و خواص مورد نظر اتصال جوش داده شده بستگی دارد. برخی از فرآیندهای جوشکاری رایج مورد استفاده برای نیکل و آلیاژهای نیکل عبارتند از.

جوشکاری با گاز بی اثر تنگستن (تیگ):جوشکاری TIG که با نام جوشکاری قوس تنگستن گاز (GTAW) نیز شناخته می شود، معمولاً برای جوشکاری نیکل و آلیاژهای آن استفاده می شود. از یک الکترود تنگستن غیر قابل مصرف و یک محافظ گاز بی اثر برای محافظت از ناحیه جوش در برابر آلودگی جوی استفاده می کند.

جوشکاری با گاز بی اثر فلز (میگ):جوشکاری MIG که با نام جوشکاری قوس فلزی گازی (GMAW) نیز شناخته می شود، یکی دیگر از روش های رایج برای جوشکاری نیکل است. از یک الکترود سیم مصرفی و یک محافظ گاز بی اثر برای محافظت از ناحیه جوش استفاده می کند.

جوشکاری قوس فلزی محافظ (SMAW):SMAW که به عنوان جوشکاری چوبی نیز شناخته می شود، می تواند برای جوشکاری برخی از آلیاژهای نیکل استفاده شود. این شامل استفاده از یک الکترود پوشش داده شده است که هم فلز پرکننده و هم گاز محافظ را فراهم می کند.

جوشکاری قوس پلاسما (PAW):PAW یک فرآیند جوشکاری با دقت بالا است که می تواند برای جوشکاری نیکل و آلیاژهای آن استفاده شود. از یک قوس پلاسمایی متمرکز و یک محافظ گاز بی اثر استفاده می کند.

جوشکاری با پرتو الکترونی (EBW):EBW یک فرآیند جوشکاری تخصصی است که از یک پرتو الکترونی پر انرژی برای اتصال فلزات استفاده می کند. معمولاً برای جوشکاری آلیاژهای نیکل با نقطه ذوب بالا استفاده می شود.