Лекция 13. Никель и его сплавы

Свойства никеля. Никель (Ni) — химический элемент VIII группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева; его порядковый номер — 28, атомный вес А = 59,69. Он имеет гранецентрированную кубическую решетку (параметр 3,518 Ǻ). Температура плавления чистого (99,94 %) никеля 1455 °С, удельный вес 8,9 г/см³. При температуре около 360 °С никель испытывает магнитное превращение; ниже этой температуры он ферромагнитен, выше — парамагнитен.

Основные свойства никеля — высокая химическая стойкость, тугоплавкость и большая прочность, сочетающаяся с высокой пла­стичностью. Со многими элементами никель образует (в большом диапазоне концентраций) сплавы, обладающие ценными механическими и физическими свойствами.

Обычными примесями в техническом никеле являются: железо (до 0,7 %), кобальт (до 1 %), медь (до 0,6 %), кремний (до 0,2 %), углерод (до 0,3 %), сера и кислород. Углерод, сера и кислород относятся к вредным примесям. Например, сера вызывает красноломкость вследствие образования сульфида Ni₃S₂, дающего с никелем легкоплавкую эвтектику, которая располагается по границам зерен чистого никеля.

Никель характеризуется весьма высокой коррозионной стойкостью. Скорость коррозии никеля на открытом воздухе 0,0025— 0,025 мм/год. Речная и морская вода слабо действует на никель. Растворы нейтральных и щелочных солей в воде могут разъедать поверхностный слой металла до глубины 0,1 мм/год. Соли, содержащие свободный хлор, значительно разрушают никель. Щелочные растворы, имеющие в своем составе перекись водорода, не действуют на никель. Никель относительно устойчив против холодных растворов серной кислоты. В серной кислоте 80 %-ной концентрации никель корродирует со скоростью 0,1 мм/год. Однако горячая серная кислота при концентрации более 15 % довольно сильно разрушает никель.

Холодная соляная кислота разъедает (в зависимости от концентрации) поверхностный слой никеля со скоростью 0,25—6,00 мм/год. Горячая соляная кислота действует на никель уже при концентрации 2 %. Сернистая кислота также сильно действует на никель и еще сильнее действует азотная кислота. Органические соединения (кислые, щелочные) практически не разрушают никель. Никель стоек против воздействия холодных и горячих щелочей.

Сплавы никеля. Никелевые сплавы широко применяются при производстве труб, лент, проволоки. Наибольшее распространение получили сплавы никеля с медью, например: монель-металл — сплав, содержащий 67—69 % Ni, 28 % Сu, 1,5—2,5 % Fe и 1—2 % Мn. Он характеризуется очень высокой прочностью и пластичностью и обладает хорошими антикоррозион­ными свойствами. Монель-металл широко используется в химическом аппаратостроении. Однако высокая коррозионная стойкость характерна для этого сплава лишь тогда, когда он работает без контакта с другими металлами.

Никель входит в состав большинства электротехнических сплавов. Так, для изготовления постоянных магнитов применяется сплав пермаллой, содержащий более 70 % никеля. Для нагревателей электропечей и других аппаратов широко используются нихромы (сплавы никеля с хромом). Нихром марки Х15Н60 содержит: 55-61 % Ni + Со; 15-18 % Сг; 1,2 % Мn и остальное — железо.