镍及其合金的应用领域和性能表现

人类认识和使用镍的历史已很悠久，我国是世界上最早使用镍的国家，早在公元前3世纪，我国人民就已经知道把含镍的矿石加入铜中可以炼成白铜，并用其铸造货币。新中国成立之初，镍矿被列为紧缺矿种，寻找镍矿是一项紧迫的任务。1958年10月7日，是个难忘的日子，金昌的科研工作者从一块状针镍矿石（见图2-35）中发现了镍，金昌也因此被称作镍都。

镍是一种银白色金属，密度为8.9g／cm³，熔点为1455℃，沸点为2915℃。镍具有良好的力学性能、延展性和耐蚀性。常温下在潮湿空气中镍表面会形成致密的氧化膜，能阻止本体金属继续氧化。盐酸、硫酸、有机酸和碱性溶液对镍的侵蚀极慢。镍在稀硝酸中溶解缓慢，浓硝酸能使镍表面钝化而具有耐蚀性。镍同铂、钯一样能吸收大量的氢，粒度越小，吸收量越大，所以镍也被称作“魔鬼金属”。镍的重要盐类为硫酸镍和氯化镍。

图2-35 针镍矿

镍是十分重要的金属原料，镍的主要用途是制造不锈钢、高镍合金钢和合金结构钢，广泛用于飞机、雷达、导弹、坦克、舰艇、宇宙飞船、原子反应堆等各种军工制造业；在民用工业中，用镍制成结构钢、耐酸钢、耐热钢，大量用于各种机械制造业、石油行业；镍与铬、铜、铝、钴等元素可组成非铁基合金，镍基合金和镍铬基合金是耐高温、抗氧化材料，用于制造喷气涡轮、电阻、电热元件、高温设备结构件等；镍还可用作陶瓷颜料和防腐镀层；镍钴合金是一种永磁材料，广泛用于电子遥控、原子能工业和超声工艺等领域；在化学工业中，镍常用作氢化催化剂。

镍合金按用途分为高温合金、耐蚀合金、耐磨合金、精密合金和形状记忆合金。

（1）镍基高温合金 在650～1000℃高温下有较高的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀能力，是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。常用于制造航空发动机叶片和火箭发动机、核反应堆、能源转换设备上的高温零部件。

（2）镍基耐蚀合金 具有良好的综合性能，可耐各种酸腐蚀和应力腐蚀。最早应用的是镍铜合金（又称蒙乃尔合金），用镍铜合金制造的海洋石油业用的排水沉箱如图2-36所示；此外还有镍铬合金、镍钼合金、镍铬钼合金等，可用于填充各种耐腐蚀零部件的小孔，如图2-37所示。

（3）镍基耐磨合金 除具有高耐磨性能外，其抗氧化性、耐蚀性、焊接性能也好。可制造耐磨零部件，也可作为包覆材料，通过堆焊和喷涂工艺将其包覆在其他基体材料表面。(www.xing528.com)

图2-36 镍铜合金制造的海洋石油业用的排水沉箱

图2-37 使用镍铬钼合金填充小孔

（4）镍基精密合金 包括镍基软磁合金、镍基精密电阻合金和镍基电热合金等。最常用的软磁合金是镍质量分数80％左右的玻莫合金，是电子工业中重要的铁心材料。镍基精密电阻合金的主要合金元素是铬、铝、铜，这种合金具有较高的电阻率、较低的电阻温度系数和良好的耐蚀性，用这种合金制作的电阻器，可在1000℃温度下长期使用。

（5）镍基形状记忆合金 回复温度是70℃，形状记忆效果好。少量改变镍钛成分比例，可使回复温度在30～100℃范围内变化。多用于制造航天器上使用的自动张开结构件、宇航工业用的自激励紧固件、生物医学上使用的人造心脏等。

镍的盐类大都是绿色的（只有氧化镍呈灰黑色），因此它们除可用于电镀工业外，还可用来作为陶瓷和玻璃的颜料等。