鎳和鉬元素在高溫合金中的作用 - 技術百科

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鎳和鉬元素在高溫合金中的作用

作者:君木鋼鐵所屬分類:技術百科時間：2021-05-14 10:03:43 瀏覽量:

鎳（Ni）是一種過渡元素，具有黑色和有色金屬的混合特性。它既可親鐵（即與鐵結合）又可親銅（即與硫結合）。開采的鎳主要來自兩種類型的礦床：

主要礦石礦物為含鎳褐鐵礦[（Fe，Ni）O（OH）]和輝長巖（含水鎳硅酸鹽）的紅土，或
主要礦物為鎳黃鐵礦的巖漿硫化物礦床[（Ni，Fe） _nineS _eight ].

二價鎳的離子半徑與二價鐵和鎂的離子半徑相近，使這三種元素在某些硅酸鹽和氧化物的晶格中相互替代。硫化鎳礦床通常與稱為超鎂鐵質的富鐵和富鎂巖石有關，可以在火山巖和深成巖環境中找到。許多硫化物礦床產于深部。紅土是超鎂鐵質巖石風化形成的一種近地表現象。據信，地球上大部分的鎳都集中在地核。
鎳主要作為精煉金屬（陰極、粉末、煤球等）或鎳鐵出售。在西方世界，大約65%的鎳用于制造奧氏體不銹鋼。另外12%用于高溫合金（如Inconel 600）或有色合金（如Cutronicel）。這兩種合金因其耐腐蝕性而被廣泛使用。航空航天工業是鎳基高溫合金的主要消費國。噴氣發動機的渦輪葉片、渦輪盤和其他關鍵部件都是用高溫合金制造的。鎳基高溫合金也被用于陸上燃燒渦輪機，比如在發電站發現的渦輪機。剩下的23%的消費被分配在合金鋼、可充電電池、催化劑和其他化學品、鑄幣、鑄造產品和電鍍之間。主要的商業化學品是碳酸鹽（NiCO _three)，氯化物（NiCl _two)二價氧化物（NiO）和硫酸鹽（NiSO _four). 在水溶液中，二價鎳離子呈翠綠色。
鉬在高性能鎳基合金中是非常重要的合金元素。鎳基合金分為兩大基本類型：
耐蝕合金和高溫合金高溫合金又可以進一步細分為兩類：

固溶強化型
時效硬化型
在耐蝕鎳基合金中，鉬的一個重要作用是賦予了合金耐氫鹵酸（HCl，HBr和HF）和硫酸等非氧化性介質的能力。因此，對這類環境耐腐蝕能力最強的合金是鉬含量28.5%的B3合金。同時，鉬還與鉻共同為合金提供耐局部腐蝕如點蝕和縫隙腐蝕的耐蝕能力。合金C22和C2000等對此類腐蝕耐蝕能力特佳。
耐蝕鎳基合金廣泛用于化工、石油天然氣、石化、制藥和污染控制等行業，在這些行業中，高腐蝕性環境非常常見。
在高溫合金中，常常添加鉬來抗高溫蠕變損傷。對于固溶強化合金，利用鉬在鎳中擴散非常緩慢這一特點。由于高溫蠕變通常是擴散控制的，因此添加鉬對于降低蠕變速率十分有效。對于利用γ'、Ni 3（Al，TI）析出的時效硬化合金，添加鉬可強化基體并減少基體與γ'相之間的晶格失配，從而提高了析出物的穩定性。鉬在242合金中的作用是非常獨特的。其鉬和鉻的特定組合促進了長程有序Ni 2（Mo，Cr）相顆粒的形成，使合金具有很高的強度而延展性并沒有明顯下降。此外，添加鉬對于減小熱膨脹系數也十分有效。
為了充分利用這一效應，燃氣輪機密封環采用高鉬含量的合金242制造。高溫合金廣泛用于燃氣輪機部件如渦輪盤、燃燒室、過渡管道、渦輪機殼體、密封環、加力燃燒室部件及推力反向器等。它們也用于工業加熱裝置、熱處理、熱交換器、礦物加工及垃圾焚燒等用途。

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