پودر نیکل ( پودر فلز نیکل – نیکل پودری )

پودر نیکل چیست ؟

نیکل فلزی براق و سفید مایل به خاکستری‌رنگی است. این فلز به‌لحاظ رنگ تا حدی به طلا هم شبیه است. با وجود آن‌که نیکل پنجمین عنصر فراوان در پوسته‌ی زمین است، بخش بیشتر آن غیر قابل دسترس است.

نیکل و پودر نیکل به‌طور گسترده در هزاران محصول به‌کار می‌روند؛ آن‌ها در بیشتر موارد به‌صورت آلیاژ و همراه با فلزات دیگر استفاده می‌شوند؛ از جمله این آلیاژها می‌توان آلیاژ کرومیوم را مثال زد.

آلیاژهای نیکل در فولاد زنگ‌نزن و فولاد مقاوم به حرارت به‌کار گرفته می‌شوند و قابلیت ضدخوردگی قابل‌توجهی را فراهم می‌کنند.

پودر نیکل پودر سیاه براقی است که طبیعت سخت و شکل‌پذیری دارد. نانوپودر نیکل در دهه‌های گذشته با توجه به خواص ویژه‌اش نظیر مغناطیسی بودن، مقاومت حرارتی، سطح زیاد، واکنش‌پذیری بهتر، سختی قابل توجه، نیمه‌رسانایی و فعالیت شیمیایی بالا توجه بسیاری را به خود جلب کرده و کاربردهای بسیاری در گستره‌ی وسیعی از زمینه‌های مختلف شامل باتری‌ها، آلیاژهای سخت، کاتالیست‌ها، الکتریسیته و… پیدا کرده است.

نیکل خالص همچنین به‌طور در خور توجهی در سکه‌زنی، سیستم‌های ردیاب صوتی و فراصوتی به‌کار می‌رود.

پودر سیاه یا خاکستری‌ رنگ از ذرات نیکل با اندازه‌ی ۱۰ تا ۱۰۰ نانومتر تشکیل می‌شود. نانوذرات نیکل به‌عنوان افزودنی، کاتالیست، محافظ الکترومغناطیس، هادی و… استفاده می‌شوند یا تحت آزمایش و پژوهش قرار گرفته‌اند. همراه با نانومواد دیگر، نانوپودری نیکل می‌تواند در تشکیل سوسپانسیون در اتانول یا سایر حلال‌ها نیز استفاده شود.

ویژگی های پودر نیکل چیست ؟

این محصول ویژگی های منحصر به فردی دارد و همین موضوع باعث شده که در صنعت محبوبیت زیادی داشته باشد. در ادامه به برخی از این ویژگی ها اشاره خواهد شد.

انواع پودر فلز نیکل کدامند ؟

نیکل پودری با توجه به خلوصی که وجود دارد تقسیم بندی می‌شود . از طرفی با توجه به مش و میکرون مورد نظر کاربردهای متفاوتی پیدا می‌کند. همچنین در اصطلاحات مختلفی بکار می‌رود.

هر سال چیزی حدود ۱.۴ میلیون تن نیکل در جهان تولید می‌شود. انواع مختلفی از نیکل برای کاربردهای صنعتی موجودند. پودر نیکل بر اساس اندازه و شکل انواع مختلفی دارد. بر اساس این فاکتورها پودرهای نیکل گوناگونی در صنایع مختلف استفاده می‌شود. در ادامه نگاهی به شماری از پودرهای نیکل موجود در بازار می‌اندازیم:

پودر نیکل Vale مدل ۱۲۳

شکل ذرات این پودر خرچنگی و درصد خلوص آن چیزی بالاتر از ۹۹.۸ درصد است. این پودر به‌طور مخصوص برای صنعت متالورژی پودر طراحی شده است. از آن به‌منظور تقویت مقاومت به خوردگی و نیز به‌عنوان یک چسب فلزی برای افزایش چقرمگی فلزات سخت استفاده می‌شود.

پودر نیکل T123 در تصفیه‌خانه‌ی کاپرکلیف در سادبری و تصفیه‌خانه‌ی کلیداچ در انگلستان تولید می‌شود. این پودر از ذرات جدا از هم و خرچنگی نیکل تشکیل شده است.

پودر نیکل Vale مدل ۲۵۵

مدل نوع ۲۵۵ پودر نیکل Vale در سه بعد ساختاری زنجیره‌مانند دارد. این پودر به‌منظور تولید باتری‌های قابل شارژ و سلول‌های سوختی به‌کار گرفته می‌شود. این پودر می‌تواند زینتر شود تا محصولی هادی با تخلخل‌های کنترل‌شده ایجاد گردد.

مدل ۲۵۵ می‌تواند در پوشش‌دهی به‌منظور حفاظت از تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و نیز در پلیمرهایی که امکان اتصال الکتریکی را فراهم می‌کنند، استفاده شود.

T255 نوعی پودر نیکل با خلوص بالا و ساختاری نرم، در سه بعد رشته‌ای (یا زنجیرمانند) است. T255 در تصفیه‌خانه‌ی نیکل کلیداچ در انگلستان تولید می‌شود. این پودر در تولید باتری‌های الکترودی قابل‌شارژ زینترشده کاربرد دارد. علاوه بر این، از این پودر استفاده‌های پرشمار دیگری نیز می‌شود.

پودرهای کروی نیکل Novamet مدل 4SP/SNP

این نوع نیکل پودری شکلی کروی دارد و در ۶ نوع مختلف قابل تهیه است. این پودر، از آن‌جا که باعث توزیع یکنواخت فلز در ترکیب آلیاژ می‌شود، برای کاربردهایی مرتبط با خروج فلزات از قالب‌ها بسیار مناسب است.

پودر نیکل Novamet مدل ۵۲۵

نیکل پودری مدل ۵۲۵ در دو نوع وجود دارد. یک نوع معمولی و نوع دیگر با چگالی بالاست. این پودر مشابه با پودرهای مدل ۱۲۳ و ۲۵۵ خلوص بالایی دارد، همچنین شکل سه‌بعدی آن بسیار شبیه به مدل ۲۵۵ است. ساختار شاخه‌ای این پودر آن را برای استفاده‌های الکترومغناطیسی و حفاظت فرکانس رادیویی کاربردی می‌سازد.

پودر فلز نیکل هیدروژن احیاشده

این پودر از یک فرآیند احیای هیدروژنی (فرآیند شریت-گوردن) به‌دست می‌آید و شکلی کروی و سطحی خالدار دارد. این پودر از ترسیب تحت دما و فشار بالا حاصل می‌شود. پودر نیکل هیدروژن احیاشده در افشانش حرارتی و الکترود جوشکاری کاربرد دارد.

پودرهای الکترولیتی نیکل

از روش‌های الکترولیتی، مانند الکترووینینگ (استخراج الکترولیتی)، به‌منظور تولید پودرهای الکترولیتی نیکل استفاده می‌شود.

این پودرها در صنایع انرژی اتمی، باتری‌های قلیایی، آلیاژهای دمابالا و مستحکم، کاتالیست‌ها و افزودنی‌های متالورژی پودر استفاده می‌شوند. بر اساس ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی پودرهای نیکل الکترولیتی می‌توان آن‌ها به سه دسته تقسیم کرد: FND-1، FND-2 و FND-3.

نیکل  CGNP

CGNP اساساً به‌عنوان نوعی نیکل نرم در کاربردهای انحلالی به‌کار گرفته می‌شود، که از آن جمله می‌توان به استفاده از آن به‌عنوان ماده‌ی پیشرو در آبکاری و باتری‌ها اشاره کرد.

این نوع نیکل که خلوص بالایی دارد، مشتعل و منفجر نمی‌شود، و به همین‌خاطر در تولید نمک‌های نیکل مانند سولفامات، سولفات و کلرید نیکل به‌کار می‌رود.

پودر فلز نیکل چگونه تولید می‌شود ؟

مهم‌ترین فرآیندهای تجاری تولید پودرهای نیکل فرآیند کربونیل و فرآیند هیدرومتالورژی شریت است. مقدار اندکی از پودر عنصری نیکل با ذره‌ای کردن مذاب فلز تشکیل می‌شود، مثلاً ذوب دوباره‌ی نوار قراضه‌ی سکه‌زنی به این منظور انجام می‌شود.

پودرهای خالص نیکل با سه روش مشخص تولید می‌شوند:

1. تجزیه‌ی کربونیل نیکل
2. روش هیدرومتالورژی
3. ذره‌ای‌سازی آبی نیکل مذاب

دو روش اصلی تولید پودر فلز نیکل روش کربونیل و روش هیدرومتالورژی هستند. در روش کربونیل، کربونیل نیکل تجزیه می‌شود. در روش هیدرومتالورژی، کاهش محلول آبی حاوی نمک نیکل در حضور هیدروژن اتفاق می‌افتد.

فرآیند شریت پودرهای نیکل و پودرهای آلیاژهای نیکل می‌توانند توسط گاز خنثی یا ذره‌ای‌سازی آبی نیز از روش‌های الکترولیتی، کاهش فاز جامد و آلیاژسازی مکانیکی تولید شوند.

خواص پودر به شرایط تجزیه‌ی کربونیل نیکل و بقیه‌ی فرآیندهایی که در ادامه‌ی آن انجام می‌شود، بستگی دارد.

به‌طور کلی، چهار نوع نیکل پودری از تجزیه‌ی حرارتی تتراکربونیل نیکل به‌دست می‌آید: پودر با ذرات سوزنی، زنجیره‌ای، سطح زیاد و چگالی بالا. این پودرها ساختار و اندازه‌ی یکنواخت و سطح زیادی دارند و نحوه‌ی تولیدشان خلوص بالای آن‌ها را تضمین می‌سازد.

روش ساخت نیکل پودری

پودر فلز نیکل می‌تواند با روش‌های تا حدی متفاوت تولید شود. این روش‌ها بسته به اندازه‌ و شکل مدنظر برای ذرات به‌کار گرفته می‌شوند. یکی از معمول‌ترین روش‌ها برای تولید نیکل پودری روش کربونیل نیکل است. این روش به روش ماند نیز مشهور است.

در این روش پودرها با دقت ابعادی و شکل کنترل‌شده‌ای تولید می‌شوند. فرآیند کربونیل نیکل همچین به‌منظور خالص‌سازی نیکل ناخالص نیز به‌کار می‌رود. نیکل جامد با مونواکسید کربن به‌منظور تولید گاز کربونیل نیکل وارد واکنش می‌شود.

در ادامه، مخلوط گازی حرارت داده می‌شود و ترکیب کربونیل-فلز تجزیه می‌گردد؛ به این ترتیب فلز خالص نیکل و گاز مونواکسید کربن تولید می‌شود. پودرهای نرم و فرانرم نیکل می‌توانند با تجزیه‌ی حرارتی به‌دست آیند.

روش دیگر برای تولید پودر نیکل استفاده از الکترولیز یا الکترووینینگ است. این روش با عبور جریان الکتریکی از الکترولیت حاوی فلز نیکل حل‌شده همراه است. پودر نیکل روی کاتد تشکیل می‌شود.

پودرهایی که با این روش به‌دست می‌آیند پودرها الکترولیتی فلزی نامیده می‌شوند و عمدتاً دندریتی‌اند و اشکال پیچیده‌ای دارند و از همین رو هدایت بالایی نیز دارند. اندازه‌ و شکل ذرات با تغییر پارامترهای فرآیند و استفاده از افزودنی‌هایی که بر نشست پودر بر کاتد اثر می‌گذارد، کنترل می‌شوند.

کاربرد پودر فلز نیکل در کجاست ؟

نیکل به‌عنوان فلز کاربردهای بسیاری در زندگی روزانه‌ی افراد دارد. نیکل مقاومت به خوردگی را بهبود می‌بخشد و چه در دماهای بالا و چه در دماهای پایین مستحکم است.

نیکل عنصر آلیاژی مطلوبی است که به‌خوبی در کنار آهن، طلا، نقره، کبالت، آلومینیوم و سایر فلزات به‌منظور ساخت چدن، فولاد زنگ‌نزن، اینکولوی و… قرار می‌گیرد.

یک نکته‌ی جالب درباره‌ی نیکل آن است که نیکل پودری زینترشده در پروژه‌ی منهتن به‌منظور غنی‌سازی اورانیوم به‌کار گرفته شد و نقش مهمی در رسیدن به درجه‌های مدنظر غنی‌سازی اورانیم ایفا کرد.

نیکل به‌طور قابل توجهی در پوشش‌دهی با استفاده از آب‌نیکل‌کاری بدون برق به‌کار می‌رود. یک عامل کاهنده در این روش استفاده می‌شود تا با یون‌های نیکل به‌دست‌آمده از نشست فلز روی سطح واکنش دهد.

در صورت ترکیب محصول این فرآیند با کاربید سیلیکون می‌توان از آن در پوشش‌دهی سکه‌ها بهره برد. صنعت باتری‌ نیز از نیکل بهره‌ی بسیاری می‌برد. برخی از باتری‌های نیکلی در صنایعی نظیر حمل و نقل، ابزارهای قدرتی و الکترونیکی استفاده می‌شوند.

کاربردهای افزودنی

خواص منحصر به فرد نانوپودر نیکل آن را به یک افزودنی محبوب در تولید مواد مختلف بدل کرده است؛ از آن جمله می‌توان به بسیاری از سرامیک‌ها و روان‌کارها اشاره کرد. نانومواد نیکل همچین می‌توانند به‌عنوان افزودنی در زینتر کردن سایر مواد نیز استفاده شوند.

کاربردهای الکترونیکی

بسیاری از کاربردهای معمول نانومواد نیکل الکترونیکی محسوب می‌شوند. این ماده به‌عنوان یکی از اجزای خازن‌ها، پایان‌گرهای الکترود، سپرهای الکترومغناطیس، الکترودهای پایه‌فلزی، پوشش‌های هادی و چسب‌ها، فروشاره‌ها (ferrofluids) و… به‌کار می‌رود.

از جمله این باتری‌ها می‌توان به باتری‌های نیکل-کادمیوم (NiCd)، نیکل-هیدراد فلزی (NiMH)، نیکل-آهن (NiFe)، نیکل-روی (NiZn)، و نیکل-هیدروژن (NiH) اشاره کرد. امروزه در بسیاری از ادوات قابل حمل از باتری‌های NiMH استفده می‌شود که در اندازه‌های محبوبی مانند AA و AAA عرضه می‌شوند.

برخلاف باتری‌های قلیایی، که معمولاً قابل شارژ کردن نیستند، باتری‌های NiMH می‌توانند شارژ و در دستگاه‌هایی نظیر دوربین‌های دیجیتال یا دوربین‌های فیلم‌برداری به‌کار گرفته شوند و چیزی در حدود ۳ یا ۴ برابر عمر طولانی‌تری داشته باشند.

نیکل می‌تواند با توجه به توانایی‌اش در جذب و فعال‌سازی واکنش‌دهنده‌ها به‌عنوان یک کاتالیست در هیدروژن‌زایی به‌کار گرفته شود. این فرآیند به‌طور معمول برای کاهش یا اشباع‌سازی ترکیب‌های آلی به‌کار می‌رود.

نیکل پودری کاربرد آلیاژی فراوانی دارد ، بطور مثال نیکروم (آلیاژی که در المنت‌های حرارتی مقاوم به‌کار می‌رود)، مانل ( آلیاژ ضد خوردگی)، پرمالوی (آلیاژی با نفوذپذیری مغناطیسی بالا در میادین ضعیف و پسماند از دست‌رونده‌ی کم)، فولاد زنگ‌نزن، کوپرونیکل، نیکل‌نقره و… نمونه‌هایی از این آلیاژها هستند.

از نیکل همچنین به‌عنوان یک پوشش محافظ در سکه‌زنی و همچنین در غذاها و مواد شیمیایی کنترل‌کننده‌ی گیاهان استفاده می‌شود.

کاتالیست‌های نیکلی در برخی فرآیندهای مهم نظیر هیدرژون‌زایی در روغن‌های گیاهی و تولید کودها و مواد ضدآفت، کلیدی به‌شمار می‌روند.

کاتالیست‌های احتراقی

نانوپودر نیکل به‌عنوان کاتالیست احتراقی در پیشرانه‌های مایع یا جامد به‌خوبی کار می‌کند. به امکان عملی حضور این کاتالیست‌ها در دیگر کاربردهای احتراقی نیز در پژوهش‌ها پرداخته شده است.

هرچند نیکل با توجه به چگالی انرژی نسبی پایین برای به‌کارگیری در شرایط پرانرژی نادیده گرفته می‌شد، مجدداً پتانسیل نیکل این‌بار به‌صورت نانوپودر برای استفاده در کاربردهایی از این دست مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعات و تئوری‌های جدید نشان از نقش‌های تازه و ممکن نیکل در تولید سوخت می‌دهند.

خالص‌سازی اورانیوم

تحقیقات درباره‌ی حوزه‌های مشترک میان نانوپودرهای نیکل و اورانیوم نشان می‌دهد که نیکل می‌تواند نقشی مهم در خالص‌سازی اورانیوم داشته باشد. این مسئله نیکل را در برخی کاربردهای صنعتی مشخص و همچنین شماری از پروژه‌های محیط‌زیستی معین کاربردی می‌سازد. مطالعات در این زمینه ادامه دارند.

نیکل احتمالاً در میان فلزات صنعتی از این نظر که توسط چند شرکت بزرگ تولید می‌شود منحصر به فرد است. بیشتر این شرکت‌ها نیکل خالص را هم به‌صورت توده‌ای و هم به‌صورت پودر تولید می‌کنند.

چیزی حدود شصت درصد از مصرف نیکل صرف ساخت فولاد زنگ‌نزن می‌شود. نیمی از نیکلی که به این منظور به‌کار می‌رود نیکل بازیافتی است. نیکل اکثراً به‌عنوان یک آلیاژ در گستره‌ی وسیعی از کاربردها از موتورهای جت گرفته تا DVDها استفاده می‌شود.