以鎳為基加入其他元素組成的合金就叫鎳合金。鎳具有良好的力學、物理和化學性能,添加適宜的元素可提高它的抗氧化性、耐蝕性、高溫強度和改善某些物理性能。鎳合金可作為電子管用材料、精密合金(磁性合金、精密電阻合金、電熱合金等)、鎳基高溫合金以及鎳基耐蝕合金和形狀記憶合金等。在能源開發(fā)、化工、電子、航海、航空和航天等部門中,鎳合金都有廣泛用途。
鎳基合金一般以Ni含量超過30wt%之合金稱之,常見產品之Ni含量都超過50wt%, 由于具有超群的高溫機械強度與耐蝕性質,與鐵基和鈷基合金合稱為超合金(Superalloy),一般是應用在540℃以上的高溫環(huán)境,并依其使用場合,選用不同合金設計,多用于特殊耐蝕環(huán)境、高溫腐蝕環(huán)境、需具備高溫機械強度之設備。常應用于航天、能源、石化工業(yè)或特殊電子/光電等領域。
鎳基合金因其具有良好的耐腐蝕性能,目前已被廣泛用于強腐蝕環(huán)境。但是如果選材不當,熱處理和加工工藝不合理,也會使鎳基合金在晶界部位產生貧化區(qū)域,從而導致其在特定介質中發(fā)生晶間腐蝕。例如Ni-Mo合金中,沿晶界析出Ni7Mo6造成貧Mo區(qū),在還原性介質中發(fā)生晶間腐蝕。
鎳基合金晶間腐蝕試驗
鎳基合金晶間腐蝕試驗方案及標準
GB/T 15260 鎳基合金晶間腐蝕試驗方法
ISO 9400 鎳基合金 - 測定耐晶間腐蝕性能
方法A:硫酸鐵-硫酸試驗;
方法B:銅-硫酸銅-16%硫酸試驗;
方法C:鹽酸試驗;
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方法D:硝酸試驗。
鎳基合金是30年代后期開始研制的,英國于1941年首先生產出鎳基合金 Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti);為了提高潛變強度又添加Al,研制出Nimonic 80(Ni-20Cr- 2.5Ti-1.3Al);而美國于40年代中期,俄羅斯于40年代后期,中國于50年代中期也先后開發(fā)出鎳基合金。鎳基合金的發(fā)展包括兩個方面,即合金成分的改良和生產技術的革新。
如50年代初,真空熔煉技術的發(fā)展,為煉制含高Al和Ti 的鎳基合金創(chuàng)造了條件,而帶動了合金強度與使用溫度的大幅提高。50年代后期,由于渦輪葉片工作溫度的提高,要求合金有更高的高溫強度,但是合金的強度高了,就難以變形,甚至不能變形,于是采用精密鑄造技術,發(fā)展出一系列具有良好高溫強度的鑄造合金。60年代中期發(fā)展出性能更好的方向性結晶和單晶高溫合金,以及粉末冶金高溫合金。
為了滿足艦船和工業(yè)燃氣輪機的需要,60年代以來還發(fā)展出一批抗熱腐蝕性能較好、組織穩(wěn)定的高Cr鎳基合金。在從40年代初到70年代末大約40年的時間內,鎳基合金的工作溫度從700 提高1,100℃,平均每年提高10℃左右。時至今日,鎳基合金之使用溫度已可超過1,100℃,從前述最初成份簡單之Nimonic75 合金,到近期發(fā)展出之MA6000 合金,在1,100℃時拉伸強度可達2,220MPa、屈服強度為192MPa;其1,100℃/137MPa條件下之持久強度約達1,000小時,可用于航空發(fā)動機葉片。