Nikiel i stopy niklu
Stopy niklu pod kątem zastosowania
| Podział pod kątem zastosowania | |
|---|---|
| Konstrukcyjne stopy niklu | |
| Nadstopy, Superstopy, stopy żaroodporne i żarowytrzymałe | |
| Specjalne stopy niklu specjalnego przeznaczenia |
Właściwości i zastosowanie niklu
- Jest podatny zarówno na obróbkę na zimno, jak i na gorąco
- Zachowuje korzystne własności mechaniczne w temperaturze podwyższonej do ok. 5000C
- Jest dalece odporny na korozję
- Ważny dodatek stopowy oraz osnowa licznych stopów
- Ferromagnetyk w temperaturze pokojowej
Nikiel spośród innych metali wyróżnia się wszechstronnością zastosowań. Ceni się go ze względu na jego odporność na wysoką temperaturę, właściwości ferromagnetyczne oraz odporność na korozję. To bardzo ważny dodatek stopów żelaznych i nieżelaznych.
Nikiel i stopy niklu odgrywają niezwykle ważną rolę w dzisiejszym przemyśle, a to ze względu na ich zdolność do pracy w wyjątkowo niekorzystnych warunkach, często będących kombinacją żrącego środowiska, wysokiej temperatury i dużych naprężeń.
Nikiel jest odporny na korozję spowodowaną czynnikami atmosferycznymi oraz na wodę, w tym także wodę morską. Ponadto opiera się kwasom organicznym oraz żrącym zasadom. Nie jest natomiast odporny na działanie kwasów: azotowego i fosforowego oraz związków siarki.
Około 70% niklu znajduje zastosowanie jako dodatek w stalach stopowych, przede wszystkim stali nierdzewnej. Stopy, w których nikiel stanowi podstawę, konsumują około 13% światowej produkcji tego metalu, a kolejne mniej więcej 10% przeznacza się na platery. W postaci czystej metal ten stosuje się w elektronice i elektrotechnice, przemyśle żywnościowym, w aparaturze badawczej, a nawet na podzespoły w lotnictwie i kosmonautyce.
Właściwości fizyczne i mechaniczne niklu
- Liczba atomowa – 28
- Masa atomowa – 58,6934
- Metal przejściowy, w grupie 10-tej, 4-tym rzędzie w tablicy okresowej
- Ilość trwałych izotopów – 5
- Gęstość – 8,902 g/cm3
- Temperatura topnienia – 1453 C
- Temperatura wrzenia – 2730 C
- Wytrzymałość na rozciąganie w stanie zmiękczonym - Rm = 450 MPa; wydłużenie A=45%. Można zwiększyć przy odpowiedniej obróbce.
- Zachowuje korzystne własności mechaniczne w temperaturze podwyższonej do ok. 500 C
- Twardość czystego niklu – 35 HRB. Obróbka na zimno i obecność zanieczyszczeń zwiększa twardość.
- Punkt Curie – 358 C
Ciekawostki:
Nikiel to jeden z trzech powszechnie występujących pierwiastków (obok żelaza i kobaltu), które wykazują silne właściwości ferromagnetyczne w temperaturze pokojowej. Chociaż czysty nikiel rzadko stosowany jest jako materiał magnetyczny, w tym celu często wykorzystuje się stopy go zawierające.
Odpowiednia obróbka, obejmująca na przykład walcowanie na gorąco, walcowanie na zimno, ciągnienie na zimno, czy wyżarzanie może znacząco zwiększyć wytrzymałość na rozciąganie niklowych prętów i drutów.
Stopy niklu pod kątem zastosowania
Liczne stopy niklu można podzielić wedle zastosowania na:
- Konstrukcyjne stopy niklu
- Stopy niklu odporne na korozję i żarowytrzymałe
- Oporowe stopy niklu
- Specjalne stopy niklu, w tym stopy magnetycznie miękkie i stopy z pamięcią kształtu
Historia rozwoju stopów niklu
Kiedy odkryto nikiel? Jakie były jego pierwsze zastosowania? Co nikiel ma wspólnego z meteorytami? Zapraszamy na wycieczkę po historii niklu.
Stopy niklu w starożytności
Chociaż nikiel sam w sobie nie był znany ludzkości przez większą część historii naszego gatunku, wyjątkowe właściwości odpornych na korozję i wytrzymałych stopów żelaza z niklem były przedmiotem uznania już od najdawniejszych czasów, a trafiały do nas za pośrednictwem meteorytów.
Spora część obiektów docierających do nas z kosmosu określana jest mianem meteorytów żelaznych, które w rzeczywistości często są stopem żelaza i niklu (przyładem jest największy udokumentowany meteoryt, znaleziony w Namibii i nazwany Hoba). Za pomocą dostępnej wtedy techniki można było wykonać z tego materiału drogocenne przedmioty.
Starożytni musieli być pod niezwykłym wrażeniem spadających z nieba obiektów. Nic dziwnego, że wykonywane z nich noże i inne przyrządy są odnajdywane przez archeologów w grobowcach władców. Na przykład nóż ze stopu pochodzenia meteorytowego został odkryty w grobowcu Tutenchamona. Inne starożytne cywilizacje, między innymi Chiny dynastii Shang, Hatti oraz Sumerowie, również wytwarzali podobne przedmioty.
Prawdopodobnie pierwszym miejscem, gdzie świadomie spożytkowano nikiel, były Chiny. Bito tam monety ze stopu nazwanego báitóng, co w tłumaczeniu brzmi “biała miedź”. Co ciekawe nikiel wykorzystywany jest w mennictwie również współcześnie.
Chociaż więc nikiel jest obecny w artefaktach liczących sobie całe tysięclecia, prawdziwa wartość tego metalu była nieznana. Zmieniło się to wraz z nastaniem epoki przemysłowej.
Świt niklu w czasach rewolucji przemysłowej
Po raz pierwszy nazwa „nikiel” w opracowaniach pojawiła się w 1754 roku, w dziele „Kontynuacja wyników i eksperymentów nad rudą kobaltową”. Autor błędnie zaklasyfikował nikiel jako półmetal, a to ze względu na niewystarczającej czystości próbkę.
Poprawnie właściwości niklu opisał w 1804 roku J.B. Richter. Wkrótce potem niektóre państwa na czele z USA wprowadziły do obiegu monety zawierające nikiel.
Zapotrzebowanie na nikiel gwałtownie wzrosło w latach 70 i 80 XIX wieku, gdy odkryto korzystne właściwości stali zawierających nikiel oraz opracowano pierwsze niklowe powłoki galwaniczne. Wkrótce potem ten metal zaczęto stosować do pokrywania pancerzy okrętów marynarki wojennej.
Od początku XX wieku do dziś trwa rozwój żaroodpornych i żarowytrzymałych nadstopów, które odgrywają krytyczną rolę w silnikach turbinowych, a tym samym stały się składnikiem świata, w którym żyjemy.