Ni a jeho zliatiny v priemysle

Komerčné formy niklu a zliatin na báze niklu sú austenitického charakteru a sú v praxi používané najmä pre ich odolnosť voči vysokým teplotám a vodnej korózii.

 

Čistý a nízko-legovaný komerčne dodávaný nikel

Nikel sa výrobcom niklových zliatin dodáva vo forme prášku, tabletiek alebo vo forme anód. To umožnilo vytvoriť obrovský súbor modifikácií zliatin s kontrolovaným zložením, ktorých obsah niklu sa pohybuje v intervale od 94% po teoretických 100%. Tieto materiály sú charakteristické vysokou hustotou, pričom majú dostatočné magnetické a elektrické vlastnosti. Taktiež vykazujú vynikajúcu koróznu odolnosť v redukčných prostrediach súčasne s primeranými hodnotami koeficientu prenosu tepla. Nasledovné značky predstavujú komerčne dôležité nikly: Nickel 200, Nickel 201, Nickel 205, Nickel 270 a 290, zliatina Permanickel 300 a Duranickel 301.
Zliatiny Ni – Cu sa vyznačujú vynikajúcou koróznou odolnosťou v redukčných chemických prostrediach a v slanej vode, kde vynikajúco slúžia v nukleárnych ponorkách alebo vo forme rôznych ventilov. Rôznym pomerom niklu a medi v týchto zliatinách, možno vytvoriť širokú paletu materiálov s rôznymi hodnotami elektrického odporu a Curieho bodu. Niektoré komerčne dôležité zliatiny Ni – Cu sú tieto: Zliatina 400 (66% Ni, 33% Cu), zliatina R-405, zliatina K-500.

Série zliatin Ni-Cr a Ni-Cr-Fe

Predstavujú niklové zliatiny s vyššou pevnosťou a odolnosťou voči vysokým teplotám. Dnes sú základom komerčných i vojenských elektrární a napájacích systémov. Dve z prvých vyvinutých zliatin tohto typu sú:
- zliatina 600 (76Ni-15Cr-8Fe),
- zliatina Nimonic (80Ni-20Cr + Ti/Al).
Niektoré vysokoteplotné varianty:
- zliatina 601. Má nižší obsah niklu (61%) a obsahuje prídavky hliníka a kremíka pre zlepšenie odolnosti voči oxidácii a nitridácii
- zliatina X750. Obsahuje prídavky Al a Ti pre zvýšenie odolnosti voči starnutiu
- zliatina 718. Prídavky Ti a Nb pre zamedzenie vytvárania prasklín počas zvárania pri montáži a navárania pri opravách.
- zliatina X (48Ni-22Cr-18Fe-9Mo + W). Produkt vo forme plátov valcovaných pri vysokých teplotách na kozmické účely.
- zliatina Waspalloy (60Ni-19Cr-4Mo-3Ti-1,3Al). Zliatina pre aplikácie v leteckých prúdových motoroch.
Niektoré varianty systému Ni-Cr-Fe so zvýšenou koróznou odolnosťou:
- zliatina 625. Prídavok 9% Mo plus 3% Nb zaručuje vysokoteplotnú odolnosť aj odolnosť voči korózii vo vlhkých prostrediach. Je odolná voči tzv. pittingu (jamkovej korózii) a štrbinovej korózii
- zliatina s označením G3/G30 (Ni-22Cr-19Fe-7Mo-2Cu). Zvýšený obsah molybdénu zvyšuje odolnosť voči pittingu a štrbinovej korózii
- zliatina C-22 (Ni-22Cr-6Fe-14Mo-4W). Vyznačuje sa vynikajúcou koróznou odolnosťou v kyselinách na báze Cl, v atmosfére vlhkého chlóru a v niekoľkých ďalších agresívnych koróznych prostrediach
- zliatina C-276 (17% Mo plus 3,7% W). Je charakteristická dobrou koróznou odolnosťou v slanej morskej vode a vynikajúcou odolnosťou voči pittingu a štrbinovej korózii
- zliatina 690 (prídavok 27% Cr). Má vynikajúcu odolnosť voči oxidácii a kyseline dusičnej; je určená pre nakladanie s nukleárnymi odpadmi metódou tavného zapuzdrenia

Zliatiny na báze Fe-Ni-Cr

Série týchto zliatin nachádzajú svoje rozsiahle uplatnenie v zariadeniach petrochemického priemyslu pracujúcich pri vysokých teplotách, kde sa východzie produkty obsahujúce síru (nafta a ťažké oleje) krakujú na destiláty týchto produktov. Nielenže sú odolné voči korózii, ktorú spôsobujú ióny chloridov za spolupôsobenia mechanických napätí, ale vyznačujú sa aj odolnosťou voči polytiónovým kyselinám, ktorých pôsobením zvyčajne vznikajú trhliny a praskliny. Hlavnými komerčne predávanými zliatinami tejto skupiny sú:
- zliatina 800H (Fe-32Ni-21Cr). Základná zliatina systému Fe-Ni-Cr. Je odolná voči oxidácii a karburizácii pri zvýšených teplotách
- zliatina 800HT. Podobná zliatina ako 800H avšak s modifikáciou v kombinácii s Ti a Al (obsahy od 0,85 až po 1,2%) pre zaručenie optimálnych vysokoteplotných vlastností
- zliatina 801. Obsahuje zvýšené množstvo Ti (0,75 až 1,5%) – má výnimočnú odolnosť voči praskaniu pri pôsobení polytiónových kyselín
- zliatina 802. Variant s vyšším obsahom uhlíka (0,2 až 0,5%) pre zvýšenie vysokoteplotnej pevnosti
- zliatina 825 (Fe-42Ni-21,5Cr-2Cu). Stabilizuje sa ešte prídavkom titánu (0,6 až 1,2%). Taktiež obsahuje aj molybdén (3%) pre zvýšenie odolnosti voči jamkovej korózii (už spomínanému pittingu) vo vodných prostrediach. Meď v tejto zliatine zaručuje odolnosť voči kyseline sírovej
- zliatina 925. Vzniká legovaním zliatiny 825 Ti a Al a následne je ju možné vytvrdzovať starnutím
Série 800-viek sa vyznačujú vynikajúcou pevnosťou pri zvýšených teplotách, majú teda dobré vlastnosti pri creepovom zaťažení a taktiež ich lomová húževnatosť je vynikajúca.
Nasledovné dve zliatiny vyvinuté zo systému Fe-Ni-Cr predstavujú korózne varianty:
- 20Cb3 (Fe-35Ni-20Cr-3,5Cu-2,5Mo + Nb). Táto zliatina bola vyvinutá pre zariadenia vystavené prostrediam obsahujúcim kyselinu sírovú.
- 20Mo-4 a 20Mo-6 (Fe-36Ni-23Cr-5Mo + Cu). Zvýšená korózna odolnosť v pracovných prostrediach papiernického a drevárskeho priemyslu.

Zliatiny s kontrolovateľným koeficientom rozťažnosti

Do tejto skupiny patria zliatiny na báze ternárnych systémov Fe-Ni-Cr a Fe-Ni-Co. Niektoré z komerčne dôležitých zliatin tejto skupiny sú:
- zliatina 902 (Fe-42Ni-5Cr s prídavkom 2,2 až 2,75% Ti a 0,3 až 0,8% Al). Zliatina s kontrolovateľným koeficientom termoelasticity.
- Zliatiny 903, 907, 909 (42Fe-38Ni-13Co s rozličným obsahom prvkov ako Nb, Ti a Al). Tieto zliatiny sa vyznačujú vysokou pevnosťou a zároveň nízkym koeficientom tepelnej rozťažnosti
Série 900-viek sú charakteristické veľmi nezvyčajnými vlastnosťami. Zliatiny 903, 907 a 909 boli vyvinuté tak, aby mali vysokú pevnosť a nízke hodnoty koeficientu tepelnej rozťažnosti pri aplikáciách do 650°C.

Zliatiny s nízkou rozťažnosťou na báze Ni-Fe

Tieto zliatiny hrajú významnú úlohu pri výrobe lámp a elektroniky, kde je dôležitá tesnosť spoja typu sklo – kov v zapuzdrených súčiastkách. Niektoré z komerčne používaných zliatin tohto typu:
- Invar (Fe-36Ni). Táto zliatina má zo všetkých kovov, či ich zliatin najnižší koeficient tepelnej rozťažnosti v prostrediach, kde teplota nepresahuje 230°C
- zliatina 42 (Fe-42Ni). Táto zliatina má koeficient tepelnej rozťažnosti blízky koeficientu tep. rozťažnosti hliníka, berýlia a číreho skla
- zliatina 426. Obsahuje prídavok 6% Cr a používa sa pre vákuovo – tesné spojenia
- zliatina 52 (Fe-51,5Ni). Táto zliatina má koeficient tepelnej rozťažnosti blízky koeficientu olovených a draselných skiel