معرفی انواع آلیاژهای نیکل، ویژگی و کاربرد آنها

فلز نیکل در صنایع امروزی علی الخصوص صنعت فولاد اهمیت و جایگاه ویژه ای دارد. ترکیب نیکل خالص با سایر فلزات سبب بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی این فلز و کاربرد هر چه بیشتر آن میشود. انواع مختلفی از فلزات، از قبیل آهن، مس، کروم و ... میتوانند به نیکل افزوده شده و انواع آلیاژهای نیکل را پدید آورند. برای آشنایی بیشتر با انواع، ویژگی و کاربرد آلیاژهای نیکل این مقاله را تا انتها بخوانید.
نیکل چیست؟
قبل از این که به سراغ معرفی انواع آلیاژهای نیکل برویم، بهتر است ابتدا با فلز نیکل آشنا شوید.
- نیکل یکی از عناصر شیمیایی است.
- عدد اتمی :28
- علامت اختصاری: Ni
- شکل نیکل: دارای ساختار بلوری و مکعبی شکل
- رنگ نیکل: نقره ای براق
- دما(نقطه)ذوب نیکل: °C1455
- خواص نیکل: سختی بالا، هدایت الکتریکی و حرارتی نسبتا بالا و چکش خواری مطلوب
- کاربرد نیکل: تولید باتری، ضرب سکه، صنایع الکترونیک، صنعت لوازم خانگی، صنایع خودروسازی و دریایی و...
- تشخیص نیکل به روشهای متفاوتی همچون استفاده از آهنربا، آزمون رنگ و آزمون خراش صورت میپذیرد.
انواع آلیاژهای نیکل
فلز نیکل به عنوان عنصر اصلی و غالب در آلیاژهای پایه نیکل محسوب میشود. میزان نیکل به کار رفته در آلیاژهای پایه نیکل حدود 50 در صد میباشد، اما ممکن است در بعضی آلیاژها کمی بیشتر یا کمتر از این مقدار، نیکل استفاده شود. فلزات دیگری نیز در ساخت این آلیاژ سهم دارند و افزودن هر یک از آنها سبب ایجاد یک ویژگی خاص میشود.
انواع سوپر آلیاژهای پایه نیکل عبارتند از:
- آلیاژ نیکل-آهن
- آلیاژ نیکل-مس
- آلیاژ نیکل-کروم
- آلیاژ نیکل-مولیبدن
- آلیاژ نیکل-تیتانیوم
نام آلیاژ |
میزان نیکل |
میزان سایر عناصر آلیاژی |
نیکل-آهن |
36 در صد |
64 در صد آهن |
نیکل-مس |
10 الی 40 درصد |
60 الی 90 درصد مس |
نیکل-کروم |
80 درصد |
20 درصد کروم |
نیکل-مولیبدن |
72 درصد |
28 درصد مولیبدن |
نیکل-تیتانیوم |
50 در صد |
50 در صد تیتانیوم |
آلیاژهای نیکل - آهن
آلیاژهای نیکل-آهن، دستهای از مواد هستند که از ترکیب نیکل (Ni) و آهن (Fe) به دست میآیند. وجود آهن در این آلیاژ سبب ایجاد خواص مغناطیسی، حرارتی و شیمیایی منحصر به فرد در این ماده می شود.
آلیاژهای نیکل-آهن با توجه به نسبت عناصر به کار رفته در آنها در دستههای زیر قرار میگیرند:
- پرمالوی (Permalloy) : پرمالوی یکی از آلیاژهای نیکل-آهن با ساختار مکعبی و کریستالی است، که حدودا 80 در صد نیکل و 20 در صد آهن در ترکیب آن به کار رفته است. این آلیاژ در اشکال گوناگونی مانند ورق، نوار، سیم، میله، لوله، پودر، هستههای لمینت شده و اشکال سفارشی تولید میشود.
- اینوار (Invar): آلیاژ اینوار، یکی از آلیاژهای خاص فلزی است که به دلیل ضریب انبساط حرارتی بسیار پایینش شناخته میشود. این آلیاژ عمدتاً از ترکیب حدود 36% نیکل و 64 درصد آهن تشکیل شده و به خاطر ویژگیهای منحصر به فردش در کاربردهای حساس به دما کاربرد زیادی دارد.
- کوار(Kovar): در ترکیبات این آلیاژ علاوه بر آهن و نیکل، کبالت به کار گرفته شده است. این آلیاژ از ترکیب 29 در صد نیکل، 17 در صد کبالت و 54 در صد آهن تشکیل شده است. آلیاژ کوار به دلیل قابلیت انطباق با نیازهای مختلف، در اشکال متنوعی مانند سیم، میله، ورق، نوار، لوله، قطعات سفارشی، و پودر تولید میشود.
آلیاژهای نیکل - مس
این آلیاژ فلزی از ترکیب مس و نیکل پدید میآید. به منظور تقویت این آلیاژ آهن و منگنز به آن اضافه میکنند.
انواع آلیاژهای ترکیبی نیکل-مس عبارتند از:
- مونل (Monel): ترکیبی با میزان 65 الی 70 درصد نیکل،20 الی 29 درصد مس و 5 در صد منگنز، ابر آلیاژ فلزی مونل را تشکیل میدهند. این آلیاژ دارای ساختاری کریستالی است.
- کوپرونیکل (Cupronickel) : این آلیاژ شامل 10 تا 20 در صد نیکل و 80 تا 90 در صد مس است. رایج ترین آلیاژهای کوپرونیکل آلیاژهای CuNi80، CuNi90، CuNi30 میباشد.
- کنستانتان: میزان نیکل و مس در این آلیاژ به ترتیب 45 و 55 در صد میباشد. این آلیاژ قابلیت کارپذیری خوبی دارد و میتواند به اشکال مختلفی مانند سیم، ورق، و نوار تبدیل شود.
آلیاژهای نیکل - کروم
این آلیاژ که نیکروم نیز نامیده میشود، آلیاژی به رنگ خاکستری متمایل به نقره ای بوده که نیکل و کروم به عنوان عناصر اصلی آن محسوب میشوند. این آلیاژ شامل 80 در صد نیکل و 20 در صد کروم میباشد. به منظور بهبود خواص، در برخی موارد به میزان کمی عناصر دیگر مانند مولیبدن و تیتانیوم به آن افزوده میشود. آلیاژهای نیکروم استحکام زیادی در دمای بالا دارند.
- اینکونل (Inconel): اینکونل یک گروه از آلیاژهای پایه نیکل است که به خاطر خواص فوقالعاده خود، به ویژه در دماهای بالا و محیطهای خورنده، شناخته شده است. این آلیاژها معمولاً حاوی کروم و مولیبدن هستند. این آلیاژ دارای گریدهای مختلفی است و میزان عناصر به کار رفته در هر یک از گریدها متفاوت است.
آلیاژ نیکل-مولیبدن
این آلیاژ ساختاری کریستالی و مکعبی شکل دارد و دارای 10 الی20 درصد مولیبدن و 60 الی 75 در صد نیکل به عنوان عناصر اصلی می باشد. فلزات دیگری که در این آلیاژ استفاده میگردند ، آهن، کروم، تنگستن هستند.
بیشتر بخوانید: آشنایی با مولیبدن و کاربردهای آن
آلیاژ نیکل-تیتانیوم
در این آلیاژ که با نام نیتینول نیز شناخته میشود، معمولا میزان نیکل و تیتانیوم به کار رفته مساوی(50 در صد نیکل و 50 درصد تیتانیوم) است. این آلیاژ نوعی آلیاژ حافظه دار یا آلیاژ هوشمند است بدین معنی که میتواند شکل اولیه خود را به خاطر سپرده و پس از تغییر شکل تحت شرایط خاص به شکل اولیه خود بازگردد.
ویژگی و خواص آلیاژهای نیکل
از ویژگیهای مشترک این آلیاژها میتوان به مقاومت بالای آنها در برابر خوردگی و زنگ زدگی اشاره نمود. برخی خواص نیز به خاطر متفاوت بودن عنصر آلیاژی آنها متفاوت است. در جدول زیر ویژگیهای مثبت و منفی آلیاژهای نیکل را آورده ایم.
نام آلیاژ |
ویژگیهای مثبت |
ویژگیهای منفی |
پرمالوی |
· نفوذپذیری مغناطیسی بسیار بالا · مقاومت الکتریکی بالا · ثبات در مقابل تغییرات دما |
· مقاومت مکانیکی پایین · هزینه تولید بالا
|
اینوار
|
· ضریب انبساط حرارتی پایین · قابلیت ماشینکاری خوب · مقاومت در برابر خوردگی |
· قیمت بالا · مقاومت مکانیکی پایین · حساسیت به دمای بالا |
کوار |
· ضریب انبساط حرارتی پایین · مقاومت بالا در برابر خوردگی و اکسیداسیون · قابلیت جوشکاری و لحیم کاری مطلوب · پایداری ابعادی |
· مقاومت مکانیکی متوسط · قیمت بالا · حساسیت به تنش های مکانیکی · حساسیت به دمای بالا |
مونل |
· مقاومت بالا نسبت به خوردگی · مقاوم در برابر اکسیداسیون · مقاومت مکانیکی بالا · قابلیت شکل پذیری و ماشین کاری خوب · پایداری ابعادی |
· هزینه بالای تولید · محدودیت در دماهای بسیار بالا |
کوپرونیکل |
· مقاومت در برابر خوردگی · استحکام در دمای بالا · قابلیت شکل پذیری و ماشین کاری مطلوب · مقاوم در برابر زنگ زدگی |
· هزینه بالای تولید · مقاومت مکانیکی نسبتا پایین · حساسیت به تنش های مکانیکی |
کنستانتان |
· مقاومت الکتریکی ثابت · مقاومت به خوردگی · استحکام حرارتی · قابلیت ماشینکاری مطلوب · مقاوم در برابر تنش |
· هزینه بالا محدودیت مکانیکی · حساسیت به دمای بالا |
نیکل-کروم
|
· مقاوم در برابر اکسیداسیون · ثبات حرارتی · مقاوم در برابر تنش و فشار زیاد |
· مقاومت به خوردگی پایین در محیطهای حساس · حساسیت به دمای بالا |
نیکل-مولیبدن |
· مقاومت بالا در برابر خوردگی · مقاومت بالا در برابر سایش · قابلیت جوشکاری · قابلیت ماشین کاری مطلوب |
· هزینه بالای تولید · امکان شکستن در دمای پایین · تغیییر شکل در اثر خستگی · وزن سنگین |
نیکل-تیتانیوم
|
· خاصیت حافظه شکل · مقاومت بالا در برابر خوردگی و زنگ زدگی · انعطاف پذیری بالا · مقاومت بالا در برابر دما · زیست سازگاری |
· فروپاشی ناشی از خستگی |
آلیاژهای تولید شده با نیکل علاوه بر اینکه هزینه تولید و قیمت بالایی دارند، برای سلامتی انسان نیز خطرناک هستند. استنشاق بخارات نیکل میتواند باعث آسیب ریهها و دستگاه تنفسی شود و همچنین نیکل و آلیاژهای آن سبب التهاب و حساسیت های پوستی میگردد.
کاربرد آلیاژهای نیکل
کاربرد انواع آلیاژهای نیکل تقریبا مشابه است. همانطور که در مطالب بالا گفته شد این آلیاژها نسبت به خوردگی و زنگ زدگی مقاومت بسیار بالایی دارند از این رو استفاده از آنها در محیطهای مرطوب و خورنده رایج و مطلوب است.
صنایعی که از این آلیاژ استفاده می کنند عبارتند از:
- صنعت هوافضا: یکی از ویژگیهایی که سبب استفاده از این آلیاژ در صنعت هوا فضا میشود، مقاومت بالای آن در برابر دما و حرارت است. قطعاتی مانند توربین، موتور و سایز اجزای تجهیزات فضایی که در دمای بالا کار میکنند با آلیاژهای نیکل ساخته میشوند.
- صنعت خودرو: برای ساخت مخازن سوخت، سیستم های اگزوز و سیستمهای توربو شارژ خودروها از انواع آلیاژهای نیکل بهره می گیرند. آلیاژ اینکونل پرکاربردترین آلیاژ نیکل در این زمینه است چرا که مقاومت بسیار بالایی در برابر حرارت و خوردگی دارد. در سنسورهای اکسیژن خودرو نیز از آلیاژهای نیکل کروم استفاده میشود.
- صنعت دریایی: در صنایع دریایی، به دلیل قرارگیری مداوم در معرض آب شور و محیطهای خورنده، مقاومت در برابر خوردگی از اهمیت بالایی برخوردار است. به همین دلیل، آلیاژهای نیکل به دلیل مقاومت فوقالعادهشان در برابر خوردگی، به ویژه در آب شور، کاربرد گستردهای در این صنعت دارند. آلیاژ مونل به طور گسترده در ساخت قطعات دریایی مانند پروانهها، شفتها، اتصالات لولهها و ... استفاده میشود. آلیاژ اینکونل نیز برای قطعاتی که در معرض خوردگی شدید یا سایش هستند، کاربرد دارد. از آلیاژ نیکروم نیز به دلیل عملکرد مطلوبشان در دمای بالا در ساخت برخی از قطعات دریایی که در معرض حرارت بالا قرار دارند، بهره می برند.
- صنعت برق و الکترونیک: انواع آلیاژهای نیکل مانند اینوار، مونل، اینکونل و نیکروم خواص مغناطیسی و رسانایی الکتریکی و حرارتی بالایی دارند و در صنعت برق و الکترونیک در ساخت ترانزیستور، سنسور، المنت های گرمایشی، هیتر، اتو، کابل های برق و سایر تجهیزات و قطعات الکترونیکی مورد استفاده قرار میگیرند.
- صنعت پتروشیمی: در صنعت پتروشیمی، به دلیل مواجهه با محیطهای خورنده و دماهای بالا، انتخاب مواد مقاوم و با دوام بسیار حیاتی است. انواع آلیاژهای نیکل در محیطهای اسیدی و شیمیایی عملکرد بسیار مطلوبی دارند. اینکونل، مونل و آلیاژهای نیکل-مولیبدن در ساخت مخازن، پمپ و سایر تجهیزات صنعت پتروشیمی به کاربرده میشوند.
- صنعت نفت و گاز: مقاومت بالایی که انواع آلیاژهای نیکل در برابر خوردگی دارند دلیل موجهی برای استفاده از آن در صنعت نفت و گاز می باشد. مونل، اینکونل و آلیاژ نیکل- مولیبدن درمبدل های حرارتی، مخازن نگهداری، پمپ ها و شیرآلات و لولههای انتقال نفت و گاز مورد استفاده قرار میگیرند.
ضایعات نیکل و آلیاژهای آن نیز همانند بسیاری از فلزات ارزشمند، قابلیت بازیافت و برگشت مجدد به چرخه تولید را دارد. از آنجایی که کاربردهای آلیاژ نیکل میزان تقاضای آنها را بالاتر برده، اهمیت بازیافت انواع آلیاژهای نیکل بیشتر شده است چرا که قیمت نیکل ضایعاتی در مقایسه با مواد اولیه، پایین تر میباشد. سایت ایران ضایعات به عنوان مرجع رسمی برای تعیین قیمت نیکل ضایعتی، بر فعالیت بنگاههای فعال در این بخش در سراسر کشور نظارت داشته و از دخالت دلالان تا حد زیادی جلوگیری نموده است.
نظرات کاربران :