Сплав никеля и алюминия: Никель-алюминиевый сплав

Содержание

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:

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
h2Ay 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
h2y 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
h2 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
h3 99,8 0,15 0,02 — — 0,002 — 0,003 — 0,04 0,04 0,005 — — — 0,1 —
h4 98,6 0,7 0,1 — — — — 0,03 — — 0,6 — —
—		 — — —
h5 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.


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. 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, алюминий, магний » Детская энциклопедия (первое издание)

Цветные металлы

Обзор неметаллических полезных ископаемых

Никель — серебристый металл с удельным весом 8,9—хорошо полируется и сохраняет красивый металлический блеск на воздухе и в воде. Замечательным свойством никеля является его способность придавать стали большую прочность. Добавление 2—5% никеля к стали делает сталь более крепкой и вязкой, поэтому аз никелевой стали изготовляют наиболее важные части машин, самолетных и автомобильных моторов, а также броню кораблей и танков.

Из сплава меди (75%) и никеля (25%) изготовляется разменная монета. Нихром — сплав никеля с металлом хромом — обладает очень большим сопротивлением электрическому току и при этом быстро нагревается (до 500—1000°). Поэтому из нихрома делают спирали для нагревательных (плиты, утюги) и технических приборов.

Никель в форме сплава с медью («белая медь») находят в древних городищах Средней Азии и Китая. В чистом виде никель был открыт только 200 лет назад, а применять его в промышленности стали совсем недавно.

Раньше, когда не умели выделять никель из руд других металлов — меди, свинца, серебра, — он доставлял много хлопот. Средневековые саксонские рудокопы встречали среди руд красноватый минерал, похожий но цвету на медь. Однако меди получить из него не удавалось, кроме того, при нагревании руды в плавильных печах выделялись ядовитые мышьяковые газы. Поэтому минерал этот получил у суеверных людей название «медного дьявола» («купфер-никель») по имени Ника — злого духа гор. Отсюда произошло в дальнейшем само название металла — «никель». В природе никель встречается чаще всего в виде минералов, представляющих собой соединения никеля с серой.

Карта месторождений, благородных и цветных металлов.

Алюминий — серебристо-белый металл, замечательный своим легким весом: его удельный вес — 2,7, т. е. он почти в восемь раз легче платины. Этот металл широко распространен в земной коре. Очень многие горные породы имеют в своем составе алюминий. В чистом виде алюминий недостаточно прочен, и, чтобы придать ему необходимую крепость, его сплавляют с медью, марганцем, кремнием. Важнейшим алюминиевым сплавом является дюралюминий, в котором, кроме алюминия, содержится 6-8% меди, кремния и магния. Такой сплав алюминия очень легок (удельный вес 2,8) и почти так же прочен, как сталь. Из этого сплава изготовляют самолеты и разные важные части машин, которые должны иметь небольшой вес и большую прочность.

Главная алюминиевая руда, боксит, — землистая или плотная порода красного, розового или даже белого цвета, часто похожая на глину. От обычной глины боксит отличается тем, что он не образует с водой вязкой, пластичной массы. Известный советский ученый, акад. А. Д. Архангельский предполагает, что бокситы образуются в некоторых случаях на дне неглубоких морских заливов и в озерах, выпадая из воды в виде химического осадка.

В Советском Союзе большие месторождения бокситов имеются на Урале и в Сибири. Одно из уральских месторождений называется «Красная шапочка». Назвали его так за красивый красно-бурый цвет бокситов, залегающих в форме пласта среди известняков.

Магний — серебристо-белый ковкий металл с удельным весом 1,75. Порошок магния сгорает ослепительно ярким пламенем, развивая огромную температуру — около 3000°. Самое главное применение магния — производство очень легких сплавов с удельным весом всего лишь около 1,8. Если мы вспомним, что даже легкие алюминиевые сплавы имеют удельный вес 2,8, то нам станет ясно, насколько важны магниевые сплавы для самолетостроения.

Главные минералы, содержащие магний,— магнезит и карналлит. В последнее время магний извлекают также из солей морской воды и из доломита. Морская вода содержит в среднем 0,14% магния в виде соединения его с хлором. Из доломита магний выделяют в особых плотно закрытых электрических печах в атмосфере азота (чтобы магний не загорелся).

Магний выделяется и, улетучиваясь, оседает в особых холодильниках в виде серебристых кристаллов. Многие из вас участвуют в краеведческих кружках, изучают богатства родного края, помогают искать месторождения полезных ископаемых.

Какие же признаки указывают на месторождения руд благородных и цветных металлов? Во-первых, обломки кварца, который часто сопровождает руды; в нем надо искать зернышки минералов с металлическим блеском. Наиболее часто в кварце встречается золотисто-желтый минерал — пирит — в виде кристаллов кубической формы. Неопытные люди могут принять его за золото. Однако ошибку эту обнаружить очень легко. Твердость пирита весьма высокая, и лезвие от обыкновенной безопасной бритвы не оставляет на этом минерале следа, тогда как на золоте будет глубокая царапина. Сам по себе пирит представляет ценность только тогда, когда встречается в большом количестве. Он идет на приготовление серной кислоты. Все же на отдельные его зерна следует обратить внимание, так как они как бы дают нам сигнал, что при более внимательных поисках, возможно, обнаружится что-нибудь более ценное. Например, в кварце могут оказаться серебристые зернышки свинцового блеска (галенита), золотистые — медного колчедана (халькопирита) или коричневатые и медово-желтые зернышки цинковой обманки (сфалерита). Такая находка очень интересна, и о ней следует сообщить в местный краеведческий музей. Она может иметь и практический интерес.

Изредка можно встретить в кварце и золото. Определить его можно так: зернышко минерала, похожего на золото, надо поместить на стекло и капнуть на него азотной кислотой. На золото кислота влиять не будет. Если же через некоторое время из минерала начнут выделяться пузырьки газа и жидкость приобретет зеленый оттенок, значит, минерал представляет собой какую-то медную руду, скорее всего халькопирит, но не золото. Прокаливание тоже не изменяет золота, а пирит и халькопирит почернеют от огня.

Второй признак возможного месторождения руд цветных или благородных металлов — значительные скопления бурых железняков среди горных пород. Бурые железняки — это минералы бурого, темно-коричневого и желтоватого цвета, образующие корковые, натечные, пористые или землистые массы. Бурые железняки образуются на земной поверхности при соединении с кислородом воздуха и водой таких рудных минералов, как пирит и халькопирит, содержащие в своем составе железо. Другие элементы (сера и медь) вытесняются кислородом и водой, которые становятся на их место. Следовательно, если вы найдете в горах большие скопления бурых железняков, вы можете помочь геологу отыскать под коркой этих бурых железняков пирит, халькопирит и другие рудные минералы, а порой и золото. Под покровом некрасивых и кажущихся мало интересными бурых железняков могут скрываться месторождения ценных цветных металлов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Цветные металлы

Обзор неметаллических полезных ископаемых

20% никель-алюминий — Belmont Metals

20% никель-алюминий — Belmont Metals
  • Обзор
  • Номинальный состав