نیکل ( پلیت ، ساچمه ، ورقه ای )

نیکل چیست ؟

نیکل یک ترکیب مهم و پرکاربرد فولادهای آلیاژی است. این ماده بیشتر به عنوان یک تقویت کننده محلول جامد ، یک عنصر با قابلیت سختی پذیری معتدل و از همه مهم تر به عنوان ابزاری برای تقویت چقرمگی ، به ویژه در دماهای پایین شناخته می شود.

نیکل عنصر مهمی از فولاد ضد زنگ است که در جلوگیری از زنگ زدگی ، خراش و مقاومت در برابر حرارت کمک می کند. حدود 65٪ از تولید جهانی نیکل به تولید فولاد ضدزنگ می رود.

فولادهای آلیاژی حاوی نیکل جزئی 30٪ نیکل دارند. همانطور که انتظار می رود، استحکام این فولادهای آلیاژی مشابه فولاد کربنی ساده تا برخی از قویترین مواد فلزی شناخته شده، متغیر است.

در درصدهای پایین تر نیکل در فولادها، فولادهای ساختاری و آلیاژهای HSLA (استحکام بالا و پایین) تولید می شود. فولادهای نورد گرم با استحکام تسلیم 345 مگاپاسکال حاوی 0.50% تا 2.00٪ نیکل برای چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی است.

فولادهای پیرسختی حاوی 1.3 تا 1.5 % نیکل به علاوه مس (Cu) و نیوبیوم (Nb) هستند. فولادهای کوئنچ ، تمپر شده ، نرماله و ساختاری حاوی نیکل (Ni) تا 2.25٪ و همچنین انواع عناصر مختلف از جمله کروم (Cr) ، مولیبدن (Mo) یا بور (B) هستند.

• نیکل یک فلز خاکستری سفید درخشان است که فلزی چکش خوار است
• در حالت طبیعی در شهاب سنگ ها وجود دارد.
• در ترکیبات، به حالت سنگ های سولفید و سیلیکاتی وجود دارد.
• به دلیل نرخ آهسته اکسایش نیکل در دمای اتاق مقاومت در برابر خوردگی دارد.
• از زمان گذشته، براي آبکاری فلزات مانند آهن و برنج استفاده می شود.
• نیکل یکی از چهار عنصر اصلی فرومغناطیس در دمای اتاق است.
• نیکل ساچمه ای امروزه در آلیاژها بسیار ارزشمند است.
• حدود 60٪ تولید فولاد در جهان از نیکل (فولاد ضد زنگ) استفاده می شود.

دسته بندی نیکل به چه صورت است ؟

نیکل در حالت خام به شکل کاتدهای نیکل، پودر، ذغال قالبی ، گندله، شمش و اکسید نیکل زینتر شده و فرونیکل به بازار عرضه می شود.

نیکل تجاری در این اشکال بجز فرونیکل و اکسید نیکل سینترشده معمولاً بیش از 99.5٪ خالص است. فرونیکل تولید شده در ایالات متحده حاوی 40 تا 50 درصد نیکل و در قالب های ریختگری SO فروخته می شود. تولید در سایر کشورها حاوی 20 تا 38 درصد نیکل است. اکسید نیکل سینترشده حاوی 76٪ یا 90٪ نیکل است.

خلوص بالا (99.97٪) و سهولت در استفاده و نگهداری باعث افزایش تقاضا برای این شکل نیکل شده است. این شکل نسبت به نیکل الکترولیتی تولید کمتری دارد.

بطور کلی نیکل به صورت های زیر در صنایع قابل مصرف می‌باشد ، بطوریکه خلوص آن ها بالای 99.9% است .

• نیکل ورقه ای
• نیکل ساچمه ای
• نیکل پلیت

خواص نیکل پلیت خالص چیست ؟

خواص فیزیکی نیکل پلیت تا حد زیادی به خلوص، حالت فیزیکی فلز و روش عملیات حرارتی قبل از تولید بستگی دارد. فلز آهن کاری شده در بسیاری از پوشش ها نسبت به خوردگی بسیار مقاوم، با استحکام، چقرمه و چکش خوار است.

اگرچه 80 درصد منابع نیکل شناخته شده جهان در زمین در سنگ های اکسید وجود دارد، تنها 40 درصد از تولید نیکل ورقه ای از این منبع حاصل می شود. قسمت بیشتر نیکل تولید شده از سنگ معدن سولفید بازیابی می شود.

این وضعیت از تأثیر عوامل سیاسی، جغرافیایی، فنی و اقتصادی ناشی شده است. ذخایر رسوبات سنگ معدن سولفید بیشتر در کشورهای با ثبات سیاسی و نزدیک به بازارهای مهم نیکل قرار دارد. مقادیر نیکل سنگ های سولفید با روش های فیزیکی نسبتاً آسان و ارزان تغلیظ کرد، در حالیکه سنگ های اکسیدی باید بصورت عمده عملیات حرارتی شوند.

بازیابی فرآورده های فرعی با ارزش تر، بهره برداری از سنگ معدن سولفید را به دنبال دارد. با این وجود، به دلیل اینکه سنگ معدن غنی تر مصرف شود، مقادیر سنگ معدن سولفید رو به کاهش است. در نتیجه هزینه معادن زیرزمینی، به ویژه هزینه های نیروی کار، به طور مداوم در حال افزایش است.

بنابراین بدنه سنگ های اکسیدی که درجه نسبتاً یکنواخت دارند و می توانند از سطح استخراج شوند، باید در آینده سهم بیشتری از تولید نیکل را پشتیبانی کنند.

خواص مهم نیکل ساچمه ای

بطور کلی می‌توان خواص نیکل را بصورت زیر بیان کرد.

• فلزی مایل به رنگ نقره ای خاکستری، سفت، چقرمگی، نرم و چکش خوار است.
• فرومغناطیس (نقطه کوری، 353 درجه سانتیگراد).
• هدایت الکتریکی تقریباً یک ششم مس است.
• نیکل ورق ای یک فلز حامل فلزات گروه پلاتین است.
• به رنگ قرمز، می تواند بخار را تجزیه کند.
• به شکل پودر ریز زمینی است، می تواند هیدروژن به میزان 17 برابر حجمی جذب کند.
• توانایی صیقل پذیری بالایی داشته و قابلیت جوشکاری خوبی دارد.
• در برابر واکنش های اتمسفر مقاومت کرده و بعد از مدت طولانی از لحاظ واکنش خنثی می شود.
• توسط مایعات قلیایی مورد تهاجم قرار نمی گیرد.
• در زیر دسته هدایت الکتریکی طبقه بندی می شود. (غیر هادی)
• مقاومت در برابر خوردگی بالایی دارد.

تاثیر نیکل پلیت بر روی فولاد

نیکل پلیت استحکام فولادهای کم کربن را تقویت می کند. مقاومت فولاد، استحکام ضربه و چقرمگی را افزایش می دهد. همچنین در مقادیر اندک افزودن نیکل در دمای پایین، چقرمگی را بهبود می بخشد. نیکل ساچمه ای حد الاستیک فولاد را افزایش می دهد.

نیکل هنگام افزودن به فولاد، چگالی و سختی را افزایش می دهد. مقاومت فولاد در برابر اکسایش و خوردگی را بهبود می بخشد. همچنین مقاومت به سایش فولاد را تقویت می کند.

نیکل ورقه ای مقاوم در برابر حرارت است و در صورت ترکیب با فولاد، مقاومت حرارتی فولاد را افزایش می دهد. این عنصر مقاوم در برابر زنگ زدگی است و این امر را برای تولید فولاد ضد زنگ ایده آل می کند.

افزودن نیکل ساچمه ای در فولاد مقدار اعوجاج (انرژی اعوجاج) را در زمان کوئنچ کاهش می دهد. هنگامی که فولاد با نیکل پوشش یا آبکاری شده، یک سطح مقاوم در برابر خراش را به فولادها می دهد.

نورد و کار گرم

نیکل پلیت تأثیر کمی در خواص کار گرم فولادها در صورت وجود مقادیر اندک دارد. در سطوح درصد بالاتر که معمولاً در فولادهای زنگ نزن آستنیتی موجود است، افزایش فشار نورد تجربه شده و طراحی لازم است که بر این اساس کاهش یابد.

کاربرد انواع نیکل ها ، نیکل ورقه ای

نیکل کاربردهای زیادی در صنایع دارد که در ادامه به برخی از آنها اشاره خواهد شد. نیکل اینکو کانادا ، نیکل سومیتو ژاپن ، نیکل فالکون نروژ ، نیکل روس

کاربرد نیکل پلیت در فولاد

نیکل ورقه ای توانایی افزایش چقرمگی، خصوصاً در دماهای پایین را دارد. این خاصیت منجر به ساخت فولادهای برودتی شده که دارای کاربردهای مهمی در حمل و نقل و نگهداری گازهای مایع هستند.

به طور معمول دمای کارکرد پایین تر که یک فولاد ساختاری از این نوع باید بدون خطر شکست ترد را تحمل کند، نیکل بیشتری باید داشته باشد. بنابراین، یک فولاد 2.5٪ نیکل کم کربن تا 60- درجه سانتیگراد قابل استفاده است در حالی که 3.5٪ نیکل دمای مجاز را 100- درجه سانتیگراد پایین می آورد و فولادهای 9٪ نیکل تا 196- درجه سانتیگراد قابل استفاده هستند.

در بین فولادهای آلیاژی استاندارد حاوی نیکل به عنوان ماده اصلی آلیاژ، نادر هستند. در عوض، نیکل در ترکیب با سایر عناصر آلیاژی برای تولید فولادهایی با ترکیب عالی از استحکام و مقاومت در شرایط کوئنچ و آب دهی استفاده می شود.

بیشتر این فولادها حاوی حدود 0.5٪ نیکل هستند، اگرچه بیش از 3٪ نیکل در بعضی از درجه ها یافت می شود. نیکل ورقه ای در کربن دهی و نیتروژن دهی فولادها استفاده شده که از خواص اصلی هسته و بدنه بهره می برد. نیکل پلیت در سری فولاد ضد زنگ 300 برای تولید ساختار آستنیت مورد نیاز است.

حداقل 8٪ كافی است، اما در صورت نیاز به آستنیت كاملاً تثبیت شده، غلظت بیشتری لازم است. سری 310 حاوی حدود 20٪ نیکل، در حالیکه فولاد مقاوم در برابر اسید سولفوریک (آلیاژ 20) حاوی 29٪ نیکل، 20٪ کروم و مقادیر کمتری از منگنز، سیلیس، مولیبدن و مس است.

فولادهای زنگ نزن رسوب سختی در درجه های نامتعادل آستنیتی (مشابه درجه 301) حاوی سخت کننده هایی مانند مس، مولیبدن، تیتانیوم، آلومینیو ، نیوبیوم، تانتالیوم یا وانادیوم است. نیکل همچنین در فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی (سری 414 و 431) استفاده می شود. وجود حداکثر 2.5٪ نیکل از تشکیل فریت جلوگیری می کند.

دیگر استفاده های نیکل ورقه ای و انواع آن

تاکنون بیشترین کاربرد نیکل ورقه ای در فولادهای زنگ نزن آستنیتی است که در صنایع شیمیایی، سازهای مکانیکی، معماری (کاربردهای داخلی و خارجی) و تجهیزات خانگی (کارد و چنگال، سینک، تابه و غیره) مورد استفاده قرار می گیرد.

• از لایه های نیکل پلیت نازک برای تزئین یا ضد خوردگی، یا به عنوان بستر لایه نازک کروم (به عنوان مثال در شیر و اتصالات) یا طلا (در جواهرات و الکترونیک) استفاده می شود.
• آلومینیوم های حاوی نیکل مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی در آب دریا نشان می دهند و برای ساخت پروانه ها، پمپ ها، دریچه های سد و غیره استفاده می شود.
• نیکل به عنوان ماده فعال در باتری های قابل شارژ NiCd ، NiMH و Li-ion استفاده می شود.
• استفاده از نیکل بدلیل مقاومت در برابر خوردگی به طور روزافزون در آلیاژها بکار گرفته می شود.
• نیکل در ضرب سکه و آبکاری زره استفاده می شود.
• وقتی به شیشه اضافه شد، نیکل رنگی سبز را به دست می آورد.
• آبکاری نیکل به سایر مواد برای ارائه یک پوشش محافظ اعمال می شود.
• همچنین نیکل در سرامیک ها، آهن ربا ها و باتری ها استفاده می شود.

اهمیت بسیار زیاد نیکل در خواصش، در هنگام آلیاژسازی با عناصر دیگر، در افزایش استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی فلز در طیف وسیعی از دما است. نیکل پلیت برای صنعت آهن و فولاد ضروری است و آلیاژهای حاوی نیکل در ساخت مواد برای صنعت هوافضا نقش اساسی دارند.

محصولات تجارتی و صنعتی پایه نیکل

اشکال تجاری نیکل ( پلیت ، ورقه ای ، ساچمه ای ) خام در تولید آلیاژهای بی شماری برای کاربردهای خاص استفاده می شود. نیکل ورقه ای مقاومت به خوردگی فولاد ضد زنگ را در هر دو محیط اکسیدی و احیایی تقویت می کند. همچنین استحکام فولادها را که هیچگونه عملیات حرارتی ندارند افزایش و سختی پذیری فولادهایی که تحت عملیات حرارتی قرار گیرند را بهبود می بخشد.

یک فولاد آلیاژی با نیکل معمولی حاوی 2٪ نیکل است. سوپرآلیاژها، معمولاً پایه نیکل هستند (بیش از 50٪ نیکل)، در جایی که کارکرد دما بالا و مقاومت در برابر خوردگی لازم است، مورد استفاده قرار می گیرد.

آلیاژهای نیکل مس و مس – نیکل از مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی توسط آب شیرین یا آب شور برخوردار هستند. آلیاژهای نیکل-مولیبدن از مقاومت بالایی در برابر اسیدهای آلی و معدنی برخوردار هستند.

سه گروه عمده فولادهای آلیاژی وجود دارد که در آنها نیکل استفاده می شود:

1. فولادهای آلیاژی
2. فولادهای استحکام بالا، کم آلیاژی (HSLA)
3. فولاد ابزار آلیاژی ویژه

برای تقویت فریت ، نیکل ساچمه ای افزوده شده و بنابراین استحکام فولادهایی که هیچگونه عملیات حرارتی دریافت نمی کنند را افزایش می دهد. از طرف دیگر، نیکل سختی پذیری فولادهایی که باید تحت عملیات حرارتی قرار گیرند، بهبود می-بخشد.

در فولادهای سخت شده، نیکل هر دو هسته و پوسته را تقویت و در نتیجه مقاومت به سایش را بهبود و ترک و پاشش را به حداقل می رساند.

استفاده های معمولی از فولادهای آلیاژی شامل میل لنگ ، محورها ، چرخ دنده ها ، شفت ها، قاب ها و سایر قسمتها برای کامیون ها، جرثقیل ها و تجهیزات مخصوص حرکت در زمین، قطعات و فریم های ابزار دستگاه، اجزای چرخ دنده هواپیما، قطعات موشکی و قطعات مته سنگ است.

نحوه تولید نیکل و انواع آن نظیر نیکل ساچمه ای

نیکل از سنگ معدن سولفید استخراج می شود.

1. سنگ معدن سرخ شده در کوره انفجاری به همراه سنگ آهک ، کوارتز و ذغال سنگ ذوب می شوند.
2. ترکیب مخلوط نیکل و مس سولفید در پایین متراکم می شود. این مبدل بسمر با خطوط اصلی است.
3. بعد از عملیات حرارتی در مبدل، نیکل فلزی از تکرار ذوب و الکترولیز بدست می آید.