Die Geschichte des Nickels

Seit dem 19. Jahrhundert hat das Interesse an Nickel-Kupfer-Legierungen mit hoher Duktilität, wertvollen elektrischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit zugenommen. Monel und Cunial aus dieser Gruppe von Legierungen haben die breiteste praktische Anwendung gefunden. Sie zeichnen sich unter den Konstruktionswerkstoffen durch ihre hohe chemische Beständigkeit gegenüber Wasser, heißen Gasen, starken Laugen und Säuren aus. Nickel neigt dazu, andere Metalle aufzulösen, ohne seine Zähigkeit zu verlieren, und macht die Legierungen hitzebeständig und dehnbar. Dank dieser Eigenschaft hat sich eine Vielzahl von Nickellegierungen entwickelt, die eine Reihe von Vorteilen bieten. Nickel bildet mit anderen Metallen feste Lösungen, die ferromagnetisch sind und eine hohe Korrosionsbeständigkeit in korrosiven Gasen und Flüssigkeiten aufweisen. Gleichzeitig gibt es in den Legierungen keine allotropen Umwandlungen.

Ferromagnetismus

Ferromagnetische Leg ierungen (40-85% Ni + Fe) spielen in der Technik eine wichtige Rolle. Sie gehören zu der Klasse der weichmagnetischen Werkstoffe. Unter ihnen gibt es Sorten mit hohem Wert der magnetischen Permeabilität - Permalloy; Konstanz, Eigenschaften unter wechselnden äußeren Bedingungen - Perminvar; hohe magnetische Permeabilität und maximale magnetische Sättigung - Permenorm. Diese Sorten werden in fast allen Bereichen der Technik eingesetzt, in denen eine hohe Empfindlichkeit der Arbeitselemente gegenüber Magnetfeldschwankungen erforderlich ist.

Magnetostriktive Werkstoffe

Nickellegierungen mit 4-18% Nickel und Kobalt sind magnetostriktiv. Diese Werkstoffe bieten eine hohe Korrosionsbeständigkeit in Meer- und Flusswasser. Sie werden im Allgemeinen in hydroakustischen Anwendungen eingesetzt. Mit dem Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts und der Entwicklung der Elektrotechnik wurde eine neue Klasse von Nickellegierungen entwickelt. Die Wärmebeständigkeit dieses Metalls in Luft ist sehr hoch, kann aber durch Cr, Si und Al verbessert werden.

Thermoelemente

Nickel, das mit Si, Al, Mn und 10 % Cr legiert ist, hat eine hohe Wärmebeständigkeit und gleichzeitig thermoelektrische Eigenschaften. Die gebräuchlichsten Thermoelemente sind Chromel-Aluminium-Thermoelemente und werden in der Labortechnik und in der Industrie eingesetzt. Es werden auch Copel- und Chromel-Thermoelemente verwendet.

Abgedichteter Kontakt

Nickellegierungen mit 45-55% Ni, legiert mit Co oder Cu, werden in hermetisch dichten Kontakten zwischen Glas und Metall verwendet. Sie haben fast den gleichen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Glas.

Materialien für thermische Elektroden

Nichrome sind hitzebeständig und werden häufig in der Elektrotechnik verwendet. Die gängigsten Nichrome haben jedoch einen Nickelgehalt von etwa 80 %. Sie galten als die hitzebeständigsten industriellen Legierungen, allerdings nur bis zum Aufkommen der Chromate. Um die Nichrome billiger zu machen, wurde der Nickelgehalt reduziert, und so entstanden die Ferronichrome. Bei Ferrochromen wird der größte Teil des Nickels durch Eisen ersetzt. Die häufigste Zusammensetzung besteht aus 60 % Ni, 15 % Cr und 25 % Fe.

Ferrochrome. Im Vergleich zu Nickelchromen haben Ferrochrome eine geringere Beständigkeit und werden bei niedrigeren Temperaturen eingesetzt. Erwähnenswert ist, dass sowohl Nichrome als auch Ferronichrome einen sehr hohen elektrischen Widerstand von etwa 1,05-1,4 μOhm-mm2/m haben. Zusammen mit den Chromaten gehören sie zu den wichtigsten Legierungsklassen, die für elektrische Hochtemperaturheizungen verwendet werden. In der Regel werden mit Silizium legierte Nichrome bis zu ca. 1,5 % zusammen mit Metallen wie Seltenen Erden und Erdalkalimetallen verwendet. Die Arbeitstemperaturgrenze für diese Art von Nichromen liegt bei 1200 °C und bei einigen Sorten bei bis zu 1250 °C. Nichrome konkurrieren mit hitzebeständigen Sorten, die 15-30 % Cr und bis zu 4 % Al enthalten. Chromlegierungen, die mit Aluminium legiert sind, lassen sich jedoch viel schwieriger in gleichmäßigen Bändern oder Drähten herstellen, um elektrische Heizelemente zuverlässig zu betreiben. Diese Werkstoffe bilden die Grundlage für hitzebeständige, mechanisch nicht hoch belastete Bauteile mit einer zulässigen Betriebstemperatur von bis zu 1250 °C.

Konstruktionsgüten.

Nimonics. Während des 2. Weltkrieges wurden in Großbritannien Nimonics - hitzebeständige Legierungen Ni - Cr - Ti - Al hergestellt. Ihre besondere Festigkeit wird durch die Legierung mit Chrom, Titan (2,5%) und Aluminium (1,2%) erreicht. Nimonics sind den Chrom- und legierten Stählen in Bezug auf die Hitzebeständigkeit überlegen. Die früher verwendeten Stähle konnten bei Temperaturen von 750-800 °C eingesetzt werden. Mit dem Aufkommen von Nimonics begann die Ära der Fluggasturbinenmotoren. In kurzer Zeit wurde eine große Anzahl komplex legierter Stähle geschaffen, die als Nimonics bezeichnet werden. Sie sind mit Ti, Al, Nb, Ce, La, B, Zr legiert. Ihre Betriebstemperatur erreicht 1000°C. Die Qualität der Legierungen kann durch die komplexe Legierung beeinträchtigt werden - die Fähigkeit der Legierungen zur Warmumformung wird beeinträchtigt. Es sei darauf hingewiesen, dass Knetlegierungen und legierte Nickel-Gusslegierungen gerade wegen ihrer hohen Wärmebeständigkeit Anerkennung gefunden haben. Die Gusslegierungen haben jedoch kein sehr homogenes Gefüge und können Schwankungen in den Eigenschaften aufweisen. Um die optimale Legierungszusammensetzung zu finden, wurden feuerfeste Thorium-, Zirkonium- und Aluminiumoxide sowie andere Verbindungen hinzugefügt. Als beste Legierung erwies sich eine Nickellegierung mit hochdispersen Thoriumoxiden.

Legierungsmittel

Nickelstähle, die mit Elementen wie Mn, Cr und Mo legiert sind, spielen in der Technik eine sehr wichtige Rolle. Diese Stähle haben wertvolle elektrische Eigenschaften: hoher elektrischer Widerstand, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient und in Verbindung mit Kupfer eine niedrige thermische EMK. Diese Stähle sind dem Manganstahl in Bezug auf den Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands im Raumtemperaturbereich unterlegen, haben aber einen 3-4 mal höheren spezifischen elektrischen Widerstand. Diese Nickelstähle werden für kleine Widerstandselemente verwendet, bei denen konstante elektrische Eigenschaften über die gesamte Lebensdauer erforderlich sind. Diese Elemente werden aus dünnen Folien oder Drähten mit einer Dicke von 5 bis 20 μm hergestellt. Ni-Cr- oder Ni-Mo-Legierungen werden für die Herstellung kleiner Dehnungsmessstreifen verwendet. Bei diesen Legierungen besteht eine lineare Abhängigkeit der Änderung des elektrischen Widerstands von der Größe der elastischen Verformung.

Industrielle Chemie

Chemische Geräte werden häufig in korrosiven Umgebungen mit verschiedenen Konzentrationen von Schwefel-, Salz- und Phosphorsäure bei Temperaturen nahe ihrem Siedepunkt eingesetzt. Ni - Cr - Mo, Ni - Mo-Legierungen sind im Ausland als Halsteloy und Remanit bekannt. In der UdSSR sind diese Nickellegierungen unter H70M28, Kh15N65M16V, H70M28F, Kh15N55M16V bekannt. Ihre Korrosionsbeständigkeit ist besser als die aller bekannten Stähle.

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