סגסוגות מבוססות ניקל: מאפיינים, התנהגות קורוזיה ויישומים

מה מייחד סגסוגות על בסיס ניקל

ניקל היא מתכת פרומגנטית לבנה כסופה עם צפיפות של 8.9 גרם/סמ"ק ונקודת התכה של כ-1,455 C. היא הבסיס למשפחת סגסוגות שנבחרו כאשר פלדת פחמן ופלדת אל-חלד אינן יכולות לשרוד שילוב של אלקליות חזקות, טמפרטורה מוגברת וסביבות הלידים אגרסיביות. ניקל מהווה גם את עמוד השדרה של חומרים מגנטיים רבים ומהווה מרכיב סגסוג עיקרי בפלדות אל חלד, פלדות מבניות מסגסוגת נמוכה וסגסוגות מגנטיות רכות.

ניקל לא-ניקל משמש לייצור אלקטרודות סוללות ניקל קדמיום וניקל מתכת הידריד ורשת ניקל, והוא נצרך בהיקפים גדולים על ידי תעשיות הציפוי והזרזים. צלחת ניקל מסחרית, סדין, מוט וצינור מסופקים תחת מפרטים הכוללים ASTM B162 לצלחת, סדין ורצועה, ASTM B160 למוט ומוט ו-ASTM B161 לצינור וצינור ללא תפרים.

התנהגות קורוזיה וחמצון

ניקל מתנגד לחמצון מכיוון שנוצר סרט דק של תחמוצת ניקל על פני השטח באוויר ומגביל תגובה נוספת. בפועל דרגות טוהר מסחריות מתנגדות לחשיפה כימית במשך עשרות שנים, ונתונים שפורסמו עבור ניקל בטוהר גבוה מראים שיעורי קורוזיה כלליים נמוכים מאוד בשירות אלקליין חזק. בסודה קאוסטית רותחת של 50 אחוזים, דיווחו שיעורי קורוזיה עבור ניקל לא-מגוגש נשארים בטווח של עשרות מיקרומטרים בשנה, וזו הסיבה שמאיידים קאוסטיים, כלי אחסון וקווי העברה נבנים לעתים קרובות מניקל ולא מפלדה.

ניקל גם סובלני יותר להפחתת חומצות וזרמים נושאי הלוגן מאשר חלופות רבות, אם כי הוא אינו מתאים לשירות חומצה מחמצן חזק. רמת הפחמן הנמוכה UNS N02201 מגבילה את הפחמן לכ-0.02 אחוזים כך שניתן להשתמש בו מעל 315 C ללא גרפיטיזציה, בעוד שהדרגה הסטנדרטית UNS N02200 נבחרה בטמפרטורות נמוכות יותר שבהן חוזק גבוה יותר מועיל.

סקירת יישומים

מאפיינים מכניים וייצור

ניקל משלב חוזק טוב עם משיכות גבוהה וניתן ליצור אותו בקור, למשוך עמוק ולרתך אותו בתהליכים קונבנציונליים. המבנה המעוקב במרכז הפנים שלו שומר על קשיחות בטמפרטורה נמוכה, כך שהמתכת אינה מראה מעבר רקיע עד שביר. סגסוגות ניקל מגנטיות רכות, המתמגנטות בקלות מתחת לשדה חיצוני ומאבדות את רוב האינדוקציה המגנטית שלהן לאחר הסרת השדה, משמשות בשנאים, חיישנים ומיגון מגנטי.

טונות גדולות של ניקל נכנסות לפלדות אל-חלד אוסטניטיות, שם הן מייצבות את שלב האוסטניט, משפרות את הקשיחות ותורמת לעמידות בפני קורוזיה. פלדות מבניות מסגסוגת נושאות ניקל משתמשות באלמנט כדי לשפר את יכולת ההתקשות וקשיחות בטמפרטורה נמוכה, וניקל הוא גם תוספת סטנדרטית בסגסוגות עמידות בחום שחייבות להחזיק חוזק בטמפרטורה גבוהה.

בחירת ציונים ומגבלות שירות

UNS N02200, דרגת ניקל סטנדרטית, לשירות אלקליין ונייטרלי בטמפרטורה מתונה.

UNS N02201, דרגת פחמן נמוכה, עבור שירות בטמפרטורה גבוהה מעל 315 C שבו יש להימנע מגרפיטיזציה.

סגסוגות עמידות בפני קורוזיה על בסיס ניקל להפחתת מדיה וסביבות נושאות הלוגן.

סגסוגות עמידות בחום על בסיס ניקל לחוזק בטמפרטורה מוגברת ועמידות לחמצון.

אבקות ואנודות מסגסוגת ניקל לייצור סוללות, ציפוי אלקטרוני וייצור זרז.

שאלות נפוצות

ש: מהן הצפיפות ונקודת ההיתוך של ניקל?
לניקל צפיפות של כ-8.9 גרם/סמ"ק והוא נמס ב-1,455 C בערך, וזו הסיבה שהוא מקובץ עם מתכות הנדסיות גבוהות יותר.

ש: באיזו דרגת ניקל משתמשים מעל 315 C?
רמת הפחמן הנמוכה UNS N02201, עם תכולת פחמן מקסימלית של קרוב ל-0.02 אחוז, מוגדרת עבור שירות בטמפרטורה גבוהה כדי למנוע גרפיטיזציה של גבולות התבואה.

ש: מדוע נבחר ניקל במקום נירוסטה לשירות קאוסטי?
פלדות אל-חלד עלולות לסבול מפיצוח קורוזיה במתח קאוסטי בסודה קאוסטית חמה מרוכזת, בעוד שניקל לא מגוג מציג שיעורי קורוזיה נמוכים מאוד באותה סביבה.

ש: האם ניקל מגנטי?
כֵּן. ניקל הוא פרומגנטי ומאבד את ההתנהגות הזו מעל טמפרטורת הקורי שלו, שהיא הרבה מתחת לנקודת ההיתוך, ולכן התגובה המגנטית תלויה בטמפרטורת השירות.

ש: כיצד מסופק ניקל מסחרי?
צלחת, יריעה ורצועה מזמינים לפי ASTM B162, מוט ומוט לפי ASTM B160, וצינור וצינור ללא תפרים לפי ASTM B161, בדרגות UNS N02200 או N02201.

ש: לאן הולך רוב ייצור הניקל?
החלק הגדול ביותר נצרך כאלמנט מתג בפלדות אל חלד וסגסוגת, ואחריו ציפוי, סוללות, זרזים וציוד מפעל כימי עמיד בפני קורוזיה.