НИКЕЛЬ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Этот металл известен людям не так давно, но без него современной промышленности не обойтись. Он равнодушен к агрессивной химии, супернагрузкам и температурам.

«Эру никеля» может породить производство транспорта будущего электромобилей.

НИКЕЛЬ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Что представляет собой

Никель – это металл серебристо-белого цвета с желтоватым оттенком. Наделен ковкостью, пластичностью, хорошей полируемостью.

Относится к группе тяжелых металлов. Представляет собой смесь пяти природных изотопов плюс шесть созданных.

Химический элемент системы Менделеева (№28), международное обозначение – Ni, Niccolum.

Нанодоли процентов никеля содержат моря, растения, животные, организм человека.

История

Название металла имеет немецкое происхождение. Так именуют в немецком фольклоре духа гор. Он подбрасывал старателям, разыскивающим медь, ее имитацию (никелин).

Nickel по-немецки – озорник.

Путь к признанию был извилистым:

  • Промышленники обнаружили присутствие металла в «купферникеле» (по-немецки – «упрямая» медь) в 1751 году. Шведский металлург Август Кронштедт опознал соединение как никелево-мышьяковое.
  • Никель классифицировали как «полуметалл».
  • Спустя 24 года швед Томас Бергман доказал, что это просто металл.
  • Немецкий химик Иоганн Рихтер получил чистый никель восстановлением никелевого купороса (1804 год), дал его научное описание.

Металл обрел международный статус.

Физико-химические характеристики

Никель устойчив к окислению. Это свойство обеспечивает тонкая поверхностная пленка оксида NiO, появляющаяся при обычных температурах.

НИКЕЛЬ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Свойства атома
Название, символ, номер

Атомная масса
(молярная масса)

Электронная конфигурация

Радиус атома

Химические свойства
Ковалентный радиус

Радиус иона

Электроотрицательность

Электродный потенциал

Степени окисления

Энергия ионизации
(первый электрон)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

Температура плавления

Температура кипения

Уд. теплота плавления

Уд. теплота испарения

Молярная теплоёмкость

Молярный объём

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

Параметры решётки

Температура Дебая

Прочие характеристики
Теплопроводность

Номер CAS

Ни́кель / Niccolum (Ni), 28
58,6934(4) а. е. м. (г/моль)
[Ar] 3d8 4s2
124 пм
115 пм
(+2e) 69 пм
1,91 (шкала Полинга)
-0,25 В
0, +2, +3
 736,2 (7,63) кДж/моль (эВ)
8,902 г/см³
1726 K (1453 °C, 2647 °F)
3005 K (2732 °C, 4949 °F)
17,61 кДж/моль
378,6 кДж/моль
26,1 Дж/(K·моль)
6,6 см³/моль
кубическая гранецентрированая
3,524 Å
375 K
(300 K) 90,9 Вт/(м·К)
7440-02-0

Центрированная по граням структура обуславливает стойкость к нагрузкам, а особенности строения электронных оболочек атомов – свойство намагничивания.

Месторождения

Никель не относится к редкоземельным металлам – на планете его достаточно (0,01% по массе). В земной коре обнаружен исключительно в связанном виде.

  • Предполагается, что из его сплава с железом состоит земное ядро.
  • НИКЕЛЬ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения
  • Второй источник самородного металла – железные метеориты.
  • Крупными залежами располагают страны Тихоокеанского бассейна:
  • Австралия;
  • Индонезия;
  • Новая Каледония;
  • Филиппины.

Мировые запасы никелевых руд исчисляются миллионами тонн.

Российские месторождения сосредоточены на Урале, в Воронежской и  Мурманской областях, возле Норильска.

Медно-никелевые руды залегают в зонах глубинных разломов на древних щитах. Их характерная особенность – постоянный минеральный состав руд, среди которых кобальт, платиноиды, золото.

Втрое богаче по запасам месторождения экзогенного типа.

Способы добычи и переработки

Почти весь никель получают из гарниерита (зеленой никелевой руды) и колчедана.

Добыча проходит стандартным для большинства руд закрытым (шахтным) способом.

Извлеченное сырье восстанавливают тремя методами:

  1. Взаимодействием с угольной пылью во вращающихся печах-трубах. Полученные железо-никелевые окатыши избавляют от серы, затем прокаливают, обрабатывают раствором аммиака. На  подкисленный раствор воздействуют электролитом, получая металл.
  2. Из оксидной руды металл восстанавливают алюминотермическим способом.
  3. Карбонильный метод. Из руды получают медно-никелевый штейн, над которым под давлением запускают СО. Получается тетракарбонилникель. Это летучее соединение, поэтому разлагается от воздействия тепла. Металл получается особо чистым.

НИКЕЛЬ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Карбонильный способ фигурирует в литературе также как метод Монда.

Классификация сплавов

Классификация никелевых сплавов основывается на составе и свойствах.

Кислотостойкие

Сплавы с присадкой-легированием другими металлами:

  • Хром, вольфрам придают сплаву стойкости в агрессивных окислительных средах.
  • Соединения с медью или молибденом используются в агрессивных неокислительных средах.

Стойкость к коррозии обеспечивают кремний, алюминий.

Жаропрочные

Сплавы типа «никель + хром + присадка других легирующих элементов». Такими элементами выступают алюминий, вольфрам, титан, молибден, стронций, другие.

Такие сплавы металлов востребованы для изготовления узлов силовых установок, подверженных максимальным нагрузкам.

Сферы применения

О руде, по описанию похожей на медь, знали еще саксонские горняки в Средние века. Она использовалась как зеленый пигмент для окраски стекол.

НИКЕЛЬ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

С тех пор, благодаря изучению свойств и характеристик металла, область применения расширилась.

Никель – один из лучших металлов-катализаторов. Другие плюсы: малая активность, устойчивость к агрессивной химии, вязкость, пластичность, ковкость.

Его применяют самостоятельно и в сплавах.

Чистый никель

Беспримесный никель востребован промышленным производством:

  • Покрытие, стойкое коррозии. Применяется для защиты железа, алюминия, магния, цинка, чугуна, нелегированных сталей. Попутно снижает стоимость изделий.
  • Приборы, котлы, тигли с постоянными физико-химическими характеристиками, устойчивые к коррозии.
  • Резервуары для перевозки и хранения химических реагентов (включая едкие щелочи), эфирных масел.
  • Трубы для перекачки щелочей, других агрессивных субстанций на предприятиях химического комплекса.
  • Инструментарий для науки, медицины.
  • Детали приборов радиолокации, телевидения, дистанционного управления процессами на атомных станциях.

Порошкообразный никель используют как катализатор при производстве спиртов, ароматических углеводородов, других соединений. Это связка при изготовлении сверхтвердых материалов, засыпка для фильтрования газообразных химических продуктов.

Сплавы

Известно более трех тысяч композиций никеля с металлами:

  • Самые распространенные – с железом, кобальтом, хромом, молибденом, алюминием, титаном, бериллием.

Все нержавеющие стали содержат никель, поскольку этот металл повышает химическую стойкость сплава.

  • Медно-никелевое соединение монель (никеля – две трети): химия, электротехника, медицина. А также оснастка для океанских лайнеров, морских судов, портов, защитные кожухи атомных реакторов, газовые турбины, двигатели реактивных самолетов.
  • Сплавы никеля вязкие, с малым коэффициентом термического расширения. Из них делают броню для нужд военно-промышленного комплекса.
  • Особая группа – сплавы на медной основе (нейзильбер, латунь, бронза, другие).
  • Никелевые сплавы – основа современных монет (например, пятицентовика в США), обмотки струн музыкальных инструментов, брекетов.

Продукция металлургических предприятий поставляется в виде трубки, проволоки, нити, фольги, ленты, порошка, других конфигураций.

Продукция из никеля востребована там, где обязательна стойкость материалов к коррозии в агрессивных средах.

Предостережения

  1. В составе никеля содержатся природные и искусственно созданные радиоактивные изотопы.
  2. НИКЕЛЬ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения
  3. Это чревато проблемами со здоровьем, на бытовом уровне:
  1. Это аллерген, что учитывают, выбирая украшения, часы, другие изделия, контактирующие с кожей. Они могут спровоцировать контактный дерматит.
  2. Наличие никеля в организме человека снижает артериальное давление, провоцирует витилиго.
  3. Избыток металла в почве – причина болезней животных, растений.
  4. Особо опасны летучие соединения вещества.

Мелкодисперсный никелевый порошок самовоспламеняется при комнатной температуре.

Эти минусы не фатальны, но ими не стоит пренебрегать.

Перспективы

Одна из главных сфер потребления никеля – щелочные батареи (аккумуляторы). Она актуализируется на волне интереса к выпуску электромобилей.

Сегодня главный аккумуляторный компонент – кобальт, но он дорог, поставки из Африки проблемны. Разработаны более эффективные образцы с доминированием лития и никеля.

Установлено, что благодаря никелю мощность аккумуляторов увеличивается. При этом его цена в шесть раз меньше кобальта, а предложение в 20 раз выше.

Специалисты прогнозируют рост спроса на никель к 2025 году до 400 000 тонн (с 75 000 тонн в 2016 году).

Никель это металл. Применение, свойства, марки, история открытия, достоинства и недостатки никеля

НИКЕЛЬ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Металл никель

Никель обладает прекрасной устойчивостью перед воздействием высоких температур и ржавчины. Применяется в качестве конструкционного металла для оборудования и техники.

Используется в местах, где с металлом могут воздействовать агрессивные вещества. Не изменяет формы при возникновении давления во время формирования высоких температурных значений.

Никель используется как легирующая добавка к стали и ее сплавам.

Основная информация

Имея атомный номер 28, занимает такую же позицию в периодической таблице. Аббревиатура записывается как Ni, производное Niccolum. Легко поддается обработке и отличается значительной пластичностью. Отличается характерным бело-серым цветом со слабым золотистым отливом, поддается полировке, взаимодействует с магнитом.

Главными характеристиками никеля являются:

  • плотность – 8,902 г/см3;
  • температура, при которой происходит расплавление – 14530 С;
  • начинает кипеть – 2730-29150 С;
  • точка Кюри – 3580 С.

Никель стабилен при взаимодействии с воздухом. На поверхности металла есть оксидная пленка. Ее наличие обеспечивает отсутствие ржавчины.

В земных недрах, по мнению ученых, сохраняется около 8×103%. Согласно этим же исследования, существует вероятность того, что огромные залежи никеля сосредоточены внутри планеты, в ее ядре. Некоторое количество металла находится в водах мирового океана.

Читайте также:  Искусственный жемчуг: какие 4 бренда можно покупать

НИКЕЛЬ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Историческая хроника

Первые упоминания о никеле встречаются в исторических хрониках 1751 года. Обработчик металлов А. Ф. Кронштедт из Швеции обнаружил его наличие в некоторых химических веществах. Его исследования строились на анализе соединений с мышьяком.

  После открытия, его отнесли к веществам, которые лишь частично имеют свойства характерные для металлов. Долгое время шли дискуссии по поводу этого определения. В 1775 г. Соотечественник Кронштедта Т. Брегман окончательно доказал его принадлежность к простым веществам. Конец спорам положил химик из Германии И.

Рихтер, которому в 1804 г. удалось выделить металл путем обработки его купороса.

Основные свойства

К физическим свойствам никеля относят целый ряд характеристик. Среди них:

  • группа металлов – тяжелые;
  • атомная масса – 58,69;
  • атомный диаметр – 248;
  • молярный объем – 6,6;
  • плотность – 8,902;
  • теплота испарения – 378,6;
  • предельная теплоемкость – 0,443;
  • точка плавления – 1453;
  • теплопроводность – 90,9.

Никель относится к категории цветных металлов. Обладает некоторыми химическими характеристиками. Среди них:

  • ковалентный радиус – 115;
  • степень окисления – 3, 2, 0;
  • радиус иона — +2е – 69;
  • электродный потенциал – 0;
  • электроотрицательность – 1,91.

Согласно общим характеристикам, никель считается восстановителем.

НИКЕЛЬ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Марки и сплавы

Насчитывается немало разновидностей сплавов, содержащих в себе никель. Также, есть много разнообразных марок никеля. Среди них:

  1. Н0 и Н Изготавливают и продают листовую продукцию, пластины и полоски. Считается наиболее чистым сплавом. Называется первичным. Никель этой разновидности имеет высокое содержание кобальта. Продукцию производят при помощи электролиза.
  2. Н2, Н3, Н4. Также является первичным. В продажу поступает в виде гранул, пластин, обрезов, полосок, листов и слитков. Для изготовления используют процессы плавления, электролиза, прессования и рафинирования с использованием огня.
  3. НП1-НП4. Является полуфабрикатным металлом. В продажу поступает в виде мотков проволоки, полос и лент, как листовая продукция и прутья.
  4. НПА1, НПА2. Является полуфабрикатным анодным металлом. Производят листовую продукцию и стержни.
  5. НПАН. Это непассивирующийся анодный полуфабрикатный. В отличие от предыдущих марок, на его поверхности не формируется тончайшая пленка, обладающим высоким показателем сопротивления. Производится в форме листов и стержней.
  6. НК0,2. Является кремнистым никелем. В продаже встречается только как проволока.
  7. НМц1, НМц2, НМц2,5, НМц5. Является марганцевым сплавом. Готовая продукция имеет вид проволоки.

Все марки металла содержат большое количество кобальта.

Достоинства и недостатки никеля

К главным преимуществам металла относят высокий показатель устойчивости к высоким температурам. Обладает прекрасной устойчивостью перед коррозией, которая не проявляется даже в агрессивной среде. Никель не изменяет своей формы при воздействии на него высоких температур.

Единственным недостатком металла считается высокая цена готовой продукции.

НИКЕЛЬ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Использование металла

Крайне редко в природе никель встречается в чистом виде. В металлургии из него создают сплавы. Продукция, относящаяся к нержавеющим изделиям, производится с добавлением никеля.

Металл хорошо взаимодействует со сталью, улучшая его химическую устойчивость. Благодаря повышенной вязкости, применяют для создания высокого качества брони.

Для создания разных деталей и механизмов приборов, металл соединяют с железом, благодаря чему последнее получает низкое значение коэффициента термического расширения.

Сплавы, получившие наименование пермаллои, часто используют для производства сердечников электрических магнитов. Они могут состоять на максимум 80% из никеля. Металл часто применяется для изготовления разменных монет.         

Всего насчитывается несколько тысяч разнообразных сплавов с примесями никеля. Некоторые изделия из других металлов никелируют. На них создают тончайший слой из этого элемента для предотвращения появления ржавчины. Помимо этого свойства, изделия с никелевым покрытием приобретают изысканный вид.

Металл часто используют при строительстве кораблей и их частей, при создании и разработке химического оборудования, для изготовления техники, работающей от электричества. С его помощью производят щелочные аккумуляторы. Дисперсный металл используется в химической индустрии как отличный катализатор. Оксиды никеля часто применяют для создания стекла, керамики, ферритных изделий.

Никель часто изготавливают с целью дальнейшего применения в виде легирующих добавок. Для этого ему придают форму порошка или анодов.

НИКЕЛЬ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Изготавливаемая продукция

Голосование:

219

29 декабря 2020

Никель: свойства никеля, способы получения, где добывают, динамика курса

НИКЕЛЬ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения Никель — полезное ископаемое

Никель обозначается символом Ni. С немецкого языка – озорник, в свои годы имел дурную славу из-за мышьяка.

Впервые обнаружить металл удалось в 1751 г. А.Ф. Кронстедту в соединении с мышьяком в руде, которая походила на медную, но медь из нее извлечь не удавалось, впоследствии ее назвали купферникель. Он подвергался многим сомнениям, окончательно утвердили в 1804 году. И. Рихтер получил чистый металл, который сейчас входит в пятёрку самых распространенных элементов Земли.

Атомы данной руды имеют металлическую кристаллическую решетку. Ячейка металла кубическая, все атомы располагаются в вершинах, центре граней. Структура устойчива к давлению. Атомная масса элемента 58,69 г/моль. Имеет четыре электронных слоя, которые полностью заполнены. Радиус атома 0,124 нм. Поэтому считается насыщенным. Чаще образует соединения в степени окисления +2, 0.

Что такое руда? Виды. Как добывают? Страны-лидеры по добыче руды

Как все металлы

Никель — металл. Поэтому имеет общие металлические свойства:

  • Ковкость;
  • Металлический блеск;
  • Пластичность;
  • Теплопроводность (небольшая);
  • Электропроводимость;
  • Упругость.

Физические свойства

Как простое вещество металл имеет блестящий светло-серебристый оттенок. Он устойчив к щелочной, водной, кислотной коррозии. Обладая пластичностью, ковкостью и собственными свойствами:

  • Температура плавления 1450 °С.
  • Температура кипения 2830 °С.
  • Теплопроводность 92 Вт/м.
  • Плотность 8,9 кг/дм3.

Оптические свойства металла

Для определения атомов элемента используют двунатриевую соль уксусной кислоты, антраниловую кислоту. Оптическую плотность измеряют Х=1000 ммк. Элемент находят в присутствии кальция, хрома, ртути, алюминия, циркония. Но невозможно найти с медью, железом (см. Железные руды – основа современного производства), кобальтом, висмутом, серебром. В отраженном свете имеет голубоватый цвет.

Исследования кристаллизации

Кристаллические тела – это металлы, сплавы. Их атомы располагаются в вершинах кристаллических решеток. В процессе кристаллизации образуются разные кристаллические решетки. Имеет гранецентрированную кубическую. Он образует две аллотропические модификации:

  • a-Ni при температуре ниже 245°С;
  • p-Ni.

Проведено исследование процесса кристаллизации жидкого никеля. Количество атомов в жидкости возрастает при понижении температуры. Сделан вывод, что сначала элемент имеет рыхлую структуру. Затем группы атомов восстанавливаются.

Классификация

Сплавы разделяют по некоторым признакам. По способам производства:

  • литейные сплавы;
  • деформируемые заготовки.

По свойствам сплавов:

  • жаростойкие;
  • жаропрочные;
  • комплексные (с необходимыми свойствами).

По области применения:

  • диски газовых турбин;
  • детали камер сгорания;
  • авиационные двигатели.

Добывают везде

Элемент Ni не встречается в чистом виде, только в оксидах, сульфидах и силикатах. Добыча никеля ведется на всех континентах, а плавильни расположены в 25 странах. Большие объемы вторичного, первичного металла поступают на мировой рынок никеля. Запасают никель на известных месторождениях. Где же добывают  никель? Основные районы добычи никеля:

  • Канада,
  • Россия,
  • Австралия,
  • Куба,
  • Албания,
  • Греция,
  • Украина.

Месторождения никеля на морском дне превышают содержание металла на суше. База запасов никеля сможет содержать Землю больше ста лет. Так что потребление никеля может быть высоким.

Уникальные месторождения оказывают влияние на развитие горной промышленности. Добыча никеля в мире ведется в 410 месторождениях. Уникальные месторождения в России находятся в Норильске-1, Талнахском и Октябрьском. В мире имеются 2 месторождения в Канаде, 3 в Австралии, 1 в Китае, в Греции, в Новой Каледонии, 2 в Индонезии.

Где же добывают никель в России? В настоящее время страна обладает богатыми запасами ресурса, занимая первое место в мире по его производству. Добыча никеля в России происходит в Таймырском округе (69%), Мурманской области (17%), Урале (11%).

Производство никеля в России ведётся:

  • ОАО ГМК «Норильский никель»(95%);
  • ОАО «Южурал-никель»;
  • ОАО «Уфалейский никелевый комбинат»;
  • ЗАО ПО «Режникель».

Производство никеля в мире:

  • «Vale Inco Ltd» в Канаде;
  • «Western Mining Corp.» в Австралии;
  • «Jinchuan Group Co. Ltd» в Китае;
  • « Goro Vale» в Новой Каледонии.

Получение металла

НИКЕЛЬ: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияНикелевая руда

Синтез частиц никеля проводят химическим способом из малорастворимого карбоната с использованием восстановителей. Основные способы получения никеля: плавка, пиро- и гидрометаллургические методы. Как добывают никель в современном мире? Получение никеля делится на несколько этапов:

  • Руду подвергают дроблению, сушке. Удаляется лишняя влага.
  • Образуются флюс и гипс.
  • Затем к продуктам добавляют кокс и переплавляют.
  • В результате получается шлак и штейн.
  • Штейн продувают в конвертере.
  • Выходит белый никелевый штейн.
  • Из шлака извлекают угарный газ.
  • Никелевый штейн дробят, обжигают.
  • Закись восстанавливают древесным углём. Пыль возвращают на обжиг (см. Страны лидеры по добыче угля).
  • Проводят рафинирование.
Читайте также:  Камень ТИГРОВЫЙ ГЛАЗ

В руках ювелиров хрупкий, а у металлургов?

Первое применение металлу придумали ювелиры. Руда не темнеет на воздухе, легко обрабатывается. Применяли в изготовлении украшений, домашней утвари, монеты. Выплавляемый в то время металл не был благородным. Его хрупкость была непригодна для обработки в то время. Небольшая доля серы, кислорода в сплаве крайне изменяли свойства, разрушая плёнку.

Большая часть металла используется в получении сплавов с железом, хромом, медью. Сейчас усердно развивается реактивная техника, создаются газотурбинные установки. Здесь важны жароустойчивые сплавы никелевой руды. Их используют в производстве атомных реакторов, щелочных аккумуляторов, антикоррозионных покрытий. Чистый металл применяют в изготовлении листов, труб.

Почему высоко ценится

Элемент имеет удивительные свойства, ценящиеся в промышленном производстве. Благодаря пластичности легко получить желаемую форму.  Металл стойкий в агрессивных растворах, не вступает в реакцию с кислородом. Взаимодействует в сплавах с большинством металлов, свойства которых можно улучшить.

Динамика курса

Выпуск никеля ежегодно составляет 4,4-4,8 млн. тонн. Согласно прогнозу экспертов, стоимость никелевой руды будет примерно 9000$ за 1 т., в течение 12 месяцев.

В этом году избыток металла составит порядка 100 тыс. т. Цену на руду фиксирует биржа LME, где покупают фьючерс на сырье.

В России подобного нет, поэтому подходящий способ инвестиций – покупка акций компании НорНикель (см. Куда инвестировать деньги?).

Интересные факты о никеле

  • Сто лет назад элемент был экзотическим металлом. Произведенной из него посудой пользовались только особы голубых кровей, например, императоры Австрии.
  • Царская Россия не имела никелевой промышленности. Его привозили из-за границы. Промышленность создали при советской власти, а первый завод начал работать в 1934 году.
  • Растения и микроорганизмы накапливают руду. Никель находят в каменных углях, сланцах. В Англии зола угля содержит 78 кг никеля на тонну.

Никель, хим. состав и применение никелевых и медно-никелевых сплавов

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:

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:

НИКЕЛЬ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

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.

НИКЕЛЬ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

  • 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:

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.

Читайте также:  Металлы: какие бывают, свойства, описания и характеристики

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

Мельхиор (МНЖМц30-1-1) — конструкционный медно-никелевый сплав с содержанием 18-22 % никеля, примерно 80 % меди и не боле 0,6 % примесей. Некоторые разновидности мельхиора содержат железо и марганец. Он обладает высокой пластичностью и коррозионной стойкостью.

Хорошо поддается обработке давлением в холодном и горячем виде — штампуется, режется, чеканится. Его легко паять и полировать. Мельхиор имеет серебристый оттенок, выпускается в виде труб, полос и ленты. Применяется для изготовления монет, недорогих ювелирных украшений и посуды.

Из него делают трубные доски кондиционеров, конденсаторные трубы. Сплав также используется в приборостроении.

Нейзильбер

Название нейзильбер (МНЦ15-20) переводится с немецкого как «новое серебро». Такое название он получил из-за того, что напоминает драгоценный металл, но при этом он стоит намного дешевле. Из него делают столовые приборы, которые серебрятся после отливки.

В промышленности нейзильбер применяется для производства паровой и водяной арматуры, медицинских инструментов и деталей точных приборов. Из него производят ордены и медали, ювелирные изделия, гитарные лады. Нейзильбер также используется для изготовления финифти и филиграни.

Сплав содержит 18-22 % цинка, 13,5-16,5 % никеля, около 38 % меди и не более 0,9 % примесей. Выпускается в виде ленты, труб, полос, проволоки и прутков.

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

Монель (НМЖМц28-2,5-1,5) — сплав на основе никеля, который содержит 2-3 % железа, 1,2-1,8 % марганца, 27-29 % меди и не более 0,6 % примесей. Выпускается в виде лент, полос, листов и проволоки.

Применяется в различных сферах промышленности: медицинской, химической, нефтяной, судо- и авиастроительной.

Из него делают дрели, музыкальные инструменты, оправы для очков, различные антикоррозионные детали.

Никель и сплавы никеля: химический состав, свойства, применение

Никель – пластичный металл серебристо-белого цвета с характерным блеском. Относится к тяжелым цветным металлам. Никель ценная легирующая добавка. В природе в чистом виде никель не встречается, обычно входит в состав руд. Чистый никель (Nickel/Никель), Nickel 200 и Nickel 201, добывают путем специальных технологий.

В соединении с другими металлами никель способен образовывать твердые и прочные никелевые сплавы:

  • никель-медный сплав (Monel/Монель) – сплав на медной основе с никелем в качестве легирующей добавки. В составе обычно до 67% никеля и до 38% меди. К этой группе сплавов относят: Monel 400, Monel 401, Monel 404, Monel R-405, Monel K-500 и др.
  • никель-хромовый сплав (Inconel/Инконель) – аустенитный жаропрочный сплав. К этой группе относят: Inconel 600, Inconel 601, Inconel 617, Inconel 625, Inconel 690, Inconel 718, Inconel 725, Inconel X-750 и др.
  • никель-железо-хромовый сплав (Inconloy/Инколой) – возможно добавление в сплав молибдена, меди, титана. К этой группе относят: Incoloy 20, Incoloy 800, Incoloy 800H, Incoloy 800HT, Incoloy 825, Incoloy 925 и др.
  • никель-молибденовый сплав (Hastelloy/Хастеллой) – возможно присутствие в составе хрома, железа и углерода. К этой группе относят: Hastelloy C-4, Hastelloy C-22, Hastelloy C-276, Hastelloy B-2 и др.

Свойства никеля

Никель – ферромагнетик, точка Кюри – 358°C, температура плавления – 1455°C, температура кипения – 2730-2915°C. Плотность – 8,9 г/см3 , коэффициент теплового расширения -13,5∙10−6 K−1. На воздухе компактный никель – стабилен, а высокодисперсный – пирофорен.

Никель обладает такими свойствами, как:

  • пластичность и ковкость;
  • прочность при высоких температурных режимах;
  • устойчивость к окислению в воде и на воздухе;
  • твердость и достаточная вязкость;
  • высокая коррозионная стойкость;
  • ферромагнетик;
  • хороший катализатор;
  • хорошо полируется.

Поверхность никеля покрыта тонким слоем оксида NiO, защищающим металл от окисления.

Преимущества и недостатки

Главные плюсы никеля и сплавов — жаропрочность, жаростойкость и повышенная механическая прочность (давление до 440 МПа). К достоинствам также можно отнести эксплуатацию в раскаленных концентрированных щелочных и кислотных растворах. Помимо этого никель способен сохранять магнитные свойства при пониженных температурах.

Главным недостатком никеля является значительное снижение показателей термоЭДС при быстром охлаждении после отжига (до 600°C). Также к минусам никеля можно отнести тот факт, что в природе чистый никель не встречается. Его получают путем дорогих технологий, что сказывается на его стоимости.

Область применения

Основная сфера применения никеля – металлургия. В ней он задействован в производстве высоколегированных нержавеющих сталей.

Добавляя в расплав железа никель, металлурги получают прочные и пластичные сплавы, которые обладают повышенной коррозионной стойкостью и устойчивостью к высоким температурам.

Стоит отметить, что никелевые сплавы сохраняют свои качества при многократном длительном нагревании.

Благодаря этим свойствам нержавеющая и термостойкая никелевая сталь применяется:

  • в пищевой и химической промышленности;
  • в нефтехимической промышленности и строительстве;
  • в медицине и фармацевтике;
  • в авиа- и машиностроении;
  • в изготовлении подводных кабелей;
  • в изготовлении нагревательных элементов промышленного оборудования;
  • в производстве постоянных магнитов;
  • в производстве станков и специального оборудования;
  • в изготовлении интерьерных элементов зданий;
  • в мебельной промышленности;
  • в изготовлении бытовых приборов и домашней утвари;

Благодаря своей пластичности и легкости в ковке из никеля получают очень тонкие изделия, например, полосы, ленты и листы из никеля. Также никель активно используют в производстве проволоки и прутков.

Другие материалы

Сталь GS-19 CrMo 9 10 — 1.7382

Alloy 205 / Nickel 205 / N02205

Динамометрическая затяжка

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector