Применение никеля в сплавах

Никель является основой большинства жаропрочных материалов, применяемых в аэрокосмической промышленности для деталей силовых установок.

• монель-металл (65 - 67 % Ni + 30 - 32 % Cu + 1 % Mn), жаростойкий до 500 °C, очень коррозионно-устойчив;
• нихром, сплав сопротивления (60 % Ni + 40 % Cr);
• пермаллой (76 % Ni + 17 %Fe + 5 % Cu + 2 % Cr), обладает высокой магнитной восприимчивостью при очень малых потерях на гистерезис;
• инвар (65 % Fe + 35 % Ni), почти не удлиняется при нагревании.
• Кроме того, к сплавам никеля относятся никелевые и хромоникелевые стали, нейзильбер и различные сплавы сопротивления типа константана, никелина и манганина.

се нержавеющие стали обязательно содержат никель, т.к. никель повышает химическую стойкость сплава. Также сплавы никеля характеризуются высокой вязкостью и и используются при изготовлении прочной брони. При изготовлении важнейших деталей различных приборов использется сплав никеля с железом (36-38% никеля), обладающий низким коэффициентом термического расширения.

При изготовлении сердечникиов электромагнитов широкое применение находят сплавы под общим названием пермаллои. Эти сплавы, кроме железа, содержат от 40 до 80% никеля. Из никелевых сплавов чеканяться монеты. Общее число различных сплавов никеля, находящих практическое применение, достигает нескольких тысяч.

Никель в чистом виде находит основное применение в качестве защитных покрытий от коррозии в различных химических средах. Защитные покрытия на железе и других металлах получаются двумя известными способами: плакировкой и гальванопластикой. Первым методом плакированный слой создается путем совместной прокатки в горячем состоянии тонкой никелевой пластинки с толстым железным листом. Соотношение толщин никеля и покрываемого металла при этом равно примерно 1:10. В процессе совместной прокатки, за счет взаимной диффузии, эти листы свариваются, и получается монолитный двухслойный или даже трехслойный металл, никелевая поверхность которого предохраняет этот материал от коррозии.

Такого рода горячий метод создания защитных никелевых покрытий широко применяется для предохранения железа и нелегированных сталей от коррозии. Это значительно удешевляет стоимость многих изделий и аппаратов, изготовленных не из чистого никеля, а из сравнительно дешевого железа или стали, но покрытых тонким защитным слоем из никеля. Из никелированных листов железа изготовляются большие резервуары для транспортировки и хранения, например, едких щелочей, применяемые также в различных производствах химической промышленности.

Гальванический способ создания защитных покрытий никелем является одним из самых старых методов электрохимических процессов. Эта операция, широко известная в технике под названием никелирование, в принципе представляет сравнительно простой технологический процесс. Он включает в себя некоторую подготовительную работу по весьма тщательной очистке поверхности покрываемого металла и подготовке электролитической ванны, состоящей из подкисленного раствора никелевой соли, обычно сульфата никеля. При электролитическом покрытии катодом служит покрываемый материал, а анодом - никелевая пластинка. В гальванической цепи никель осаждается на катоде с эквивалентным переходом его из анода в раствор. Метод никелирования имеет широкое применение в технике, и для этой цели потребляется большое количество никеля.

За последнее время метод электролитического покрытия никелем применяется для создания защитных покрытий на алюминии, магнии, цинке и чугунах. В работе описывается применение метода никелирования алюминиевых и магниевых сплавов, в частности для защиты дюралюминиевых лопастей винтовых самолетов. В другой работе описано применение никелированных чугунных барабанов для сушки в бумажном производстве; установлено значительное повышение коррозионной стойкости барабанов и повышение качества бумаги на никелированных барабанах по сравнению с обычными чугунными без никелировки.

Никелирование проводится гальваническим способом с использованием электролитов, содержащих сульфат никеля(II), хлорид натрия, гидроксид бора, поверхностно-активные и глянцующие вещества, и растворимых никелевых анодов. Толщина получаемого никелевого слоя составляет 12 - 36 мкм. Устойчивость блеска поверхности может быть обеспечена последующим хромированием (толщина слоя хрома 0,3 мкм).

Бестоковое никелирование проводится в растворе смеси хлорида никеля(II) и гипофосфита натрия в присутствии цитрата натрия:

NiCl 2 + NaH 2 PO 2 + H 2 O = Ni + NaH 2 PO 3 + 2HCl

Процесс проводят при рН 4 - 6 и 95 °C.

Производство железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов.

Самые распространенные «минусы» в химических источниках тока – это цинк, кадмий, железо, а самые распространенные «плюсы» – окислы серебра, свинца, марганца, никеля. Соединения никеля используются в производстве щелочных аккумуляторов. Кстати, железоникелевый аккумулятор изобретен в 1900 г. Томасом Алвой Эдисоном.

Положительные электроды на основе окислов никеля имеют достаточно большой положительный заряд, они стойки в электролите, хорошо обрабатываются, сравнительно недороги, служат долго и не требуют особого ухода. Этот комплекс свойств и сделал никелевые электроды самыми распространенными. У некоторых батарей, в частности цинково-серебряных, удельные характеристики лучше, чем у железоникелевых или кадмийникелевых. Но никель намного дешевле серебра, к тому же дорогие батареи служат намного меньше.

Окисноникелевые электроды для щелочных аккумуляторов делают из пасты, в состав которой входят гидрат окиси никеля и графитовый порошок. Иногда функции токопроводящей добавки вместо графита выполняют тонкие никелевые лепестки, равномерно распределенные в гидроокиси никеля. Эту активную массу набивают в различные по конструкции токопроводящие пластины.

В последние годы получил распространение другой способ производства никелевых электродов. Пластины прессуют из очень тонкого порошка окислов никеля с необходимыми добавками. Вторая стадия производства – спекание массы в атмосфере водорода. Этим способом получают пористые электроды с очень развитой поверхностью, а чем больше поверхность, тем больше ток. Аккумуляторы с электродами, изготовленными этим методом, мощнее, надежнее, легче, но и дороже. Поэтому их применяют в наиболее ответственных объектах – радиоэлектронных схемах, источниках тока в космических аппаратах и т.д.

Никелевые электроды, изготовленные из тончайших порошков, используются и в топливных элементах. Здесь особое значение приобретают каталитические свойства никеля и его соединений. Никель – прекрасный катализатор сложных процессов, протекающих в этих источниках тока. Кстати, в топливных элементах никель и его соединения могут пойти на изготовление и «плюс» и «минуса». Разница лишь в добавках.

Нуклид 63 Ni, излучающий β + -частицы, имеет период полураспада 100,1 года и применяется в крайтронах. Никелевые пластинки в последнее время применяют взамен кадмиевых в механических прерывателях нейтронного пучка с целью получения нейтронных импульсов с большим значением энергии.

• Применяется при изготовлении брекет-систем.
• Протезирование

Образование алого осадка при добавлении диметилглиоксима к аммиачному раствору анализируемой смеси – лучшая реакция для качественного и количественного определения никеля. Но диметилгли-оксимат никеля нужен не только аналитикам. Красивая глубокая окраска этого комплексного соединения привлекла внимание парфюмеров: диметилглиоксимат никеля вводят в состав губной помады. Некоторые из подобных диметилглиоксимату никеля соединений – основа очень светостойких красок.

Имеются интересные указания о применении никелевых пластинок в ультразвуковых установках, как электрических, так и механических, а также в современных конструкциях телефонных аппаратов.

Есть некоторые области техники, где чистый никель применяется или непосредственно в порошкообразном виде или в виде различных изделий, получаемых из порошков чистого никеля.

Одной из областей применения порошкообразного никеля являются каталитические процессы в реакциях гидрогенизации непредельных углеводородов, циклических альдегидов, спиртов, ароматических углеводородов.

Каталитические свойства никеля аналогичны тем же свойствам платины и палладия. Таким образом, химическая аналогия элементов одной и той же группы периодической системы находит отражение и здесь. Никель, как металл более дешевый, чем палладий и платина, широко применяется в качестве катализатора при гидрогенизационных процессах.

Для этих целей целесообразно применять никель в виде тончайшего порошка. Он получается специальным режимом восстановления водородом закиси никеля в интервале температур 300-350°.

Никелирование, которое является достаточно распространенной технологической операцией, выполняют для того, чтобы нанести на поверхность металлического изделия тонкий слой никеля. Толщина такого слоя, величину которого можно регулировать, используя различные приемы, может варьироваться от 0,8 до 55 мкм.

Никелирование используется в качестве защитно-декоративного покрытия, а также для получения подслоя при хромировании

С помощью никелирования металла можно сформировать пленку, обеспечивающую надежную защиту от таких негативных явлений, как окисление, развитие коррозионных процессов, реакции, вызванные взаимодействием с соляной, щелочной и кислотной средами. В частности, очень большое распространение получили никелированные трубы, которые активно используются для производства изделий сантехнического назначения.

Чаще всего никелированию подвергаются:

• изделия из металла, которые будут эксплуатироваться на открытом воздухе;
• кузовные детали мото- и автотранспортных средств, в том числе и те, для изготовления которых был использован алюминиевый сплав;
• оборудование и инструменты, применяемые в общей медицине и стоматологии;
• изделия из металла, которые длительное время эксплуатируются в воде;
• ограждающие конструкции, изготовленные из стали или алюминиевых сплавов;
• изделия из металла, подвергающиеся воздействию сильных химических веществ.

Существует несколько используемых как в производственных, так и в домашних условиях методов никелирования металлических изделий. Наибольший интерес в практическом плане представляют способы никелирования металлических деталей, не требующие применения сложного технологического оборудования и реализуемые в домашних условиях. К таким способам относится электролитическое и химическое никелирование.

Электролитическое никелирование

Суть технологии электролитического никелирования металлических деталей, имеющей и другое название – «гальваническое никелирование», можно рассмотреть на примере того, как выполняется омеднение поверхности изделия из металла. Такую процедуру можно проводить как с применением электролитического раствора, так и без него.

Деталь, которая будет в дальнейшем обрабатываться в электролитическом растворе, подвергается тщательной обработке, для чего с ее поверхности при помощи наждачной бумаги удаляют оксидную пленку. Затем обрабатываемое изделие промывается в теплой воде и обрабатывается содовым раствором, после чего снова промывается водой.

Сам процесс никелирования выполняется в стеклянной емкости, в которую заливается водный раствор (электролит). В составе такого раствора содержится 20% медного купороса и 2% серной кислоты. Обрабатываемую деталь, на поверхность которой необходимо нанести тонкий слой меди, в растворе электролита помещают между двумя анодами из меди. Чтобы запустить процесс омеднения, на медные аноды и обрабатываемую деталь необходимо подать электрический ток, величину которого рассчитывают, исходя из показателя 10–15 мА на один квадратный сантиметр площади детали. Тонкий слой меди на поверхности изделия появляется уже через полчаса его нахождения в растворе электролита, причем такой слой будет тем толще, чем дольше будет протекать процесс.

Нанести медный слой на поверхность изделия можно и по другой технологии. Для этого необходимо изготовить кисточку из меди (можно использовать многожильный провод, предварительно сняв с него изоляционный слой). Такую кисточку, сделанную своими руками, надо зафиксировать на деревянной палочке, которая будет служить ручкой.

Изделие, поверхность которого предварительно зачищают и обезжиривают, помещают в емкость из диэлектрического материала и заливают электролитом, в качестве которого можно использовать насыщенный водный раствор медного купороса. Самодельную кисточку подключают к плюсовому контакту источника электрического тока, а обрабатываемую деталь – к его минусу. После этого приступают к процедуре омеднения. Заключается она в том, что кисточкой, которую предварительно обмакивают в электролит, проводят над поверхностью изделия, не прикасаясь к ней. Наносить покрытие, применяя такую методику, можно в несколько слоев, что позволит сформировать на поверхности изделия слой меди, на котором практически отсутствуют поры.

Электролитическое никелирование выполняется по схожей технологии: при его осуществлении тоже используется раствор электролита. Так же, как и в случае с омеднением, обрабатываемое изделие располагают между двумя анодами, только в данном случае они изготовлены из никеля. Аноды, помещенные в раствор для никелирования, подключаются к плюсовому контакту источника тока, а изделие, подвешенное между ними на металлической проволоке, – к минусовому.

Для осуществления никелирования, в том числе и выполняемого своими руками, используются электролитические растворы двух основных типов:

• водный раствор, включающий в свой состав сернокислый никель, натрий и магний (14:5:3), 2% борной кислоты, 0,5% поваренной соли;
• раствор на основе нейтральной воды, содержащий в своем составе 30% сульфата никеля, 4% хлорида никеля, 3% борной кислоты.

Электролит блестящего никелирования с добавкой органических блескообразователей (натриевых солей)

Выравнивающий электролит блестящего никелирования. Подходит для поверхностей с низким классом очистки

Чтобы приготовить электролитический раствор, сухую смесь из вышеуказанных элементов заливают одним литром нейтральной воды и тщательно перемешивают. Если в полученном растворе образовался осадок, от него избавляются. Только после этого раствор можно использовать для выполнения никелирования.

Обработка по данной технологии обычно длится полчаса, при этом используют источник тока с напряжением 5,8–6 В. Результатом является поверхность, покрытая неравномерным матовым цветом серого цвета. Чтобы она стала красивой и блестящей, необходимо ее зачистить и выполнить ее полировку. Следует иметь в виду, что такая технология не может быть использована для деталей, отличающихся высокой шероховатостью поверхности или имеющих узкие и глубокие отверстия. В таких случаях покрытие поверхности металлического изделия слоем никеля следует выполнять по химической технологии, которую также называют чернением.

Суть технологической операции чернения заключается в том, что на поверхность изделия сначала наносится промежуточное покрытие, основой которого может быть цинк или никель, а на верхней части такого покрытия формируется слой черного никеля толщиной не более 2 мкм. Покрытие никелем, выполненное по технологии чернения, смотрится очень красиво и обеспечивает надежную защиту металла от негативного воздействия различных факторов внешней среды.

В отдельных случаях металлическое изделие одновременно подвергают сразу двум технологическим операциям, таким как никелирование и хромирование.

Химическое никелирование

Процедуру химического никелирования изделий из металла выполняют по следующей схеме: обрабатываемую деталь на некоторое время погружают в кипящий раствор, в результате чего на ее поверхности оседают частички никеля. При применении такой технологии электрохимическое воздействие на металл, из которого изготовлена деталь, отсутствует.

Результатом использования такой технологии никелирования является формирование на поверхности обрабатываемой детали никелевого слоя, который прочно связан с основным металлом. Наибольшей эффективности такой способ никелирования позволяет добиться в тех случаях, когда с его помощью обрабатываются предметы, изготовленные из стальных сплавов.

Выполнять такое никелирование в домашних условиях или даже в условиях гаража нетрудно. При этом процедура никелирования проходит в несколько этапов.

• Сухие реактивы, из которых будет приготовлен электролитический раствор, смешиваются с водой в эмалированной посуде.
• Полученный раствор доводят до кипения, а затем в него добавляют гипофосфит натрия.
• Изделие, которое необходимо подвергнуть обработке, помещают в электролитический раствор, причем делают это так, чтобы оно не касалось боковых стенок и дна емкости. Фактически надо изготовить бытовой аппарат для никелирования, конструкция которого будет состоять из эмалированной емкости соответствующего объема, а также диэлектрического кронштейна, на котором будет фиксироваться обрабатываемая деталь.
• Продолжительность кипения электролитического раствора в зависимости от его химического состава может составлять от одного часа до трех.
• После завершения технологической операции уже никелированная деталь извлекается из раствора. Затем ее промывают в воде, в составе которой содержится гашеная известь. После тщательной промывки поверхность изделия подвергается полированию.

Электролитические растворы для выполнения никелирования, которому можно подвергать не только сталь, но также латунь, алюминий и другие металлы, обязательно содержат в своем химическом составе следующие элементы – хлористый или сернокислый никель, гипофосфит натрия различной кислотности, какую-либо из кислот.

Чтобы увеличить скорость никелирования изделий из металла, в состав для выполнения этой технологической операции добавляют свинец. Как правило, в одном литре электролитического раствора выполняют никелевое покрытие поверхности, площадь которой составляет 20 см 2 . В электролитических растворах с более высокой кислотностью проводят никелирование изделий из черных металлов, а в щелочных обрабатывают латунь, осуществляют никелирование алюминия или деталей из нержавеющей стали.

Некоторые нюансы технологии

Выполняя никелирование латуни, изделий из стали различных марок и других металлов, следует учитывать некоторые нюансы этой технологической операции.

• Пленка из никеля будет более устойчивой, если она нанесена на предварительно омедненную поверхность. Еще более устойчивой никелированная поверхность будет в том случае, если готовое изделие будет подвергнуто термической обработке, заключающейся в его выдержке при температуре, превышающей 450°.
• Если никелированию подвергаются детали из закаленных сталей, то нагревать и выдерживать их можно при температуре, не превышающей 250–300°, иначе они могут утратить свою твердость.
• При никелировании изделий, отличающихся большими размерами, возникает потребность в постоянном перемешивании и в регулярной фильтрации электролитического раствора. Такая сложность особенно характерна для процессов никелирования, выполняемых не в промышленных, а в домашних условиях.

По сходной с никелированием технологии можно покрыть латунь, сталь и другие металлы слоем серебра. Покрытие из данного металла наносят, в частности, на рыболовные снасти и изделия другого назначения, чтобы предотвратить их потускнение.

Процедура нанесения слоя серебра на сталь, латунь и другие металлы отличается от традиционного никелирования не только температурой проведения и временем выдержки, но также тем, что для нее применяют электролитический раствор определенного состава. При этом выполняют данную операцию в растворе, температура которого составляет 90°.

Чтобы своими руками приготовить раствор, при помощи которого на сталь, латунь и другие металлы наносится слой серебра, достаточно выполнить ряд несложных действий.

• В 10%-й водный раствор соли добавляют аптечный ляпис.
• Осадок серебра, выпавший в растворе, промывают, смешивают с 2%-м гипосульфитом и фильтруют.
• Полученную смесь смешивают с меловой пылью и доводят до сметанообразного состояния.

Такой смесью, которая может храниться только в течение нескольких суток, натирается поверхность металлического изделия, пока на ней не сформируется тонкий слой серебра.

Можно приготовить порошок для серебрения, который не утратит своих характеристик в течение полугода. Для получения такого порошка необходимо смешать 15 граммов ляписа, 55 граммов лимонной кислоты и 30 граммов хлористого аммония. Все компоненты после перемешивания следует перетереть в пыль. Хранится полученный порошок в сухом виде.

Достаточно сложным является никелирование такого металла, как алюминий. Компоненты, входящие в состав электролитического раствора для никелирования изделий из данного металла, дорогостоящие, но даже их использование не дает гарантии того, что сформированный на изделии слой никеля не пойдет пузырями. Блестящее никелирование, если ему подвергают алюминий, может порвать готовое покрытие, поэтому в домашних условиях такую обработку выполняют в условиях слабой адгезии.

Никель – элемент 10 группы таблицы Д.И. Менделеева. Известный сравнительно недавно, также недавно используемый в промышленности. Свое наименование никель получил от имени зловредного гнома, который вместо подбрасывал горнякам минерал никелин, включающий никель и мышьяк. Использовать в те давние времена никель не умели, так что металл-«обманку» стали называть «озорником» от немецкого Nickel.

И сегодня мы рассмотрим физико-химические свойства и применение никеля, дадим ему общую характеристику, изучим никелевые сплавы и марки.

Это переходный металл, то есть, проявляющий свойства и кислотные, и щелочные. Имеет серебристо-белый блеск, пластичный, ковкий, но твердый. Молекулярная масса невелика – 28, так что он относится к веществам легким.

Об особенностях никеля как металла расскажет этот видеоролик:

Понятие и особенности

С точки зрения химии никель – металл очень интересный и необычный. С одной стороны, он в состоянии вступать в реакцию и с кислотами, и с щелочами, но с другой, отличается химической инертностью и даже с концентрированными щелочами и кислотами отказывается реагировать. Причем свойство это настолько ярко выражено, что никель применяют при изготовлении разнообразной кислотоупорной аппаратуры и резервуаров для щелочей.

Металл выплавляется, а затем используется в виде прутков, листов и так далее. И в таком состоянии проявляет обычные металлические свойства малоактивного вещества. А вот превращенный в очень тонкий порошок никель становится пирофорным и способен самовоспламеняться на воздухе.

Секрет в том, что обычное вещество на воздухе, наподобие алюминия, например, покрывается оксидной пленкой, и эта пленка выступает в качестве прочнейшего защитного слоя.

Это качество обуславливает одно из самых старых применений металла – никелирование, то есть, нанесение на поверхность предметов тончайшего слоя никеля. Такой слой полностью защищает от коррозии сталь, чугун, магний, алюминий и так далее.

Изделия из чистого никеля встречаются редко и применяются только на особо ответственных участках. Его использование в промышленности обусловлено другим уникальным качеством: в сплаве никель сообщает материалу ту же превосходную стойкость к коррозии, которой обладает сам. Большинство нержавеющих и конструкционных сталей включает никель в качестве легирующего компонента. Именно он и обеспечивает стойкость стали и ее долговечность.

Сплавы на основе никеля очень разнообразны и отличаются замечательными свойствами: прочностью, жаростойкостью, способностью выдерживать высокие силовые нагрузки при высокой температуре, износостойкостью, нечувствительностью к химически агрессивным веществам и так далее. Из всего объема добываемого вещества в чистом виде используется около 9%. Еще 7% тратится на никелирование, а весь остальной объем расходуется на получение сплавов.

Никель составляет с железом и кобальтом триаду железа. В состав группы также входят и платиновые – осмий, платина, родий. Однако, несмотря на относительную близость, свойства металлов заметно отличаются. По прочности никель мало уступает железу, обладает даже более высокой плотностью, но в отличие от последнего очень стоек к коррозии, в то время как железо на воздухе, а тем более при контакте с водой быстро корродирует.

По сравнению с платиновыми металлами никель куда легче, значительно дешевле и гораздо активнее: платина, осмий и другие относятся к благородным металлам, которые имеют положительный электродный потенциал и являются крайне инертными.

Плюсы и минусы

Практически все свойства никеля по отношению к народному хозяйству являются преимуществами. К недостаткам металла можно отнести лишь его нахождение в природе. Никель считается элементом распространенным, но встречается только в связанном виде. Самородный никель попадает на землю только в составе метеоритов. Соответственно, получают металл по более дорогим технологиям.

• Никель обладает неплохой прочностью и твердостью, при этом сохраняя способность к ковке и высокую вязкость: из него можно получать тончайшие листы и прутки.
• Металл обладает замечательной стойкостью к коррозии. Более того, это качество он передает сплавам, в состав которых входит в виде легирующего элемента.
• Сплавы на никелевой основе очень разнообразны и отличаются исключительными качествами. Так, жаропрочные железо-никелевые сплавы применяются при изготовлении частей атомных реакторов и реактивных двигателей. На сегодня описаны и используются около 3000 различных никелевых сплавов.
• Покрытие из никеля и сейчас активно применяется не только в приборо- и станкостроении, но и в быту, в строительстве. Никелированная посуда, столовые приборы, фурнитура и прочее не только эстетически привлекательны, но и абсолютно гигиеничны, безвредны и крайне долговечны. Инертность и гигиеничность металла обуславливает его использование в пищевой промышленности.
• Никель является ферромагнетиком, то есть, веществом склонным к самопроизвольному намагничиванию. Это свойство позволяет использовать металл для производства постоянных магнитов.
• Металл относительно дешев в получении и обладает хорошими характеристиками по электропроводности. Никель заменяет дорогое серебро или в производстве аккумуляторов.

Структура и химический состав никеля рассмотрены ниже.

Структура и состав

Никель, как и другие чистые металлы, обладает однородной, хорошо упорядоченной структурой, что и обеспечивает этим веществам способность проводить ток. Однако фазовый состав материала может быть разным, что влияет на его свойства.

• При нормальных условиях дело имеют с β-модификацией никеля. Она характеризуется гранецентрированной кубической решеткой и обуславливает привычные свойства металла – ковкость, пластичность, способность к механической обработке, ферромагнетизм и так далее.
• Существует и материал другого вида. Никель, подвергнутый катодному распылению в атмосфере водорода, в реакцию не вступает, но и меняет структуру, переходя в α-модификацию. Последняя имеет плотнейшую гексагональную решетку. При нагревании до 200 С α-фаза переходит в β-фазу. В промышленности имеют дело с β-модификацией никеля.

Данное видео расскажет о том, как самому переделать никель-кадмиевый аккумулятор на литий-ионный:

Свойства и характеристики

Характеристики β-фазы, как основной, представляют больший интерес, поскольку само существование α-фазы ограничено. Свойства металла таковы:

• плотность при нормальной температуре – 8,9 г/куб. см;
• температура плавления – 1453 С;
• температура кипения – 3000 С;
• очень низкий коэффициент теплового расширения – 13,5∙10 −6 K −1
• модуль упругости – 196–210 ГПа;
• предел упругости составляет 80 Мн/кв. м;
• предел текучести – 120 Мн/кв. м:
• предел растяжения 40–50 кгс/ кв. мм;
• удельная теплоемкость вещества – 0,440 кдж/(кг·К);
• теплопроводность – 90,1 вт/(м·К);
• удельное электрическое сопротивление – 0,0684 мкОм∙м.

Никель является ферромагнетиком, его точка Кюри – 358 С.

Об изготовлении и производителя никелевых сплавов поговорим ниже.

Производство

Никель считается довольно распространенным – 13 место среди металлов. Однако распределение его несколько специфично. Металл не зря называют элементом земных глубин, поскольку в ультраосновных породах его в 200 раз больше, чем в кислых. По одной из распространенных теорий земное ядро состоит из никелистого железа.

Самородный никель на Земле не встречается. В связанном виде он наличествует в медно-никелевых рудах – мышьяксодержащих и сульфидных. Это никелин – красный никелевый колчедан, тот самый, который горняки принимали за , хлоантит – белый никелевый колчедан, гарниерит, медный колчедан и так далее.

Исходным сырьем чаще всего служит сульфидная руда, включающая и , и никель, поэтому в включены дополнительные этапы по разделению металлов.

• Сульфидные руды обычно содержат много влаги и глинистых веществ. Чтобы избавиться от них, руду измельчают, сушат и брикетируют. При слишком высоком содержании серы в руде ее обжигают.
• Плавка на штейн – осуществляются в шахтных или отражательных печах. Получают сплав сульфида никеля и железа, включая небольшое количество меди.
• Разделение никеля и меди.
• Обжиг никелевого концентрата, восстановительная плавка и рафинирование электролизом.

Способ получения никеля из окисленной руды выглядит несколько иначе.

• Руду подвергают сульфидизирующей плавке с частичным восстановлением.
• Получают файнштейн – расплавленный штейн продувают воздухом в конверторах.
• Файнштейн обжигают и очищают от меди;
• Затем восстанавливают никель либо плавят обожженную крицу на ферроникель.

А сколько стоит 1 кг никеля? Цены на такой металл во многом определяются успехом эксплуатации месторождений. Так, в 2013 году Китай увеличил производство никельсодержащего чугуна, что привело к заметному падению цен на металл. В 2016 году осенью стоимость тонны металла составляла 10045$.

Область применения

Никель сам по себе используется достаточно редко. Гораздо шире область .

• В быту чаще всего сталкиваются с никелированными изделиями – краны, смесители, мебельная фурнитура. Металлические части мебели довольно часто покрыты слоем серебристого не тускнеющего металла. То же самое касается столовых приборов и посуды.
• Еще один известный способ использования – белое золото. В его состав входит золото определенной пробы и сплав никеля.
• В электротехнике широчайшее распространение нашли никелевые катоды. Многочисленные аккумуляторы – никель-кадмиевые. Никель- , железо-никелевые и так далее составляют конкуренцию аккумулятором и при этом намного безопаснее.

Однако основным потребителем никеля является цветная и черная металлургия: 67% всего добытого металла используется для получения нержавеющих сталей. А 17% – на изготовление других, не железных сплавов.

• Конструкционная и нержавеющая сталь применяется буквально везде: строительство и машиностроение, электротехника и изготовление трубопроводов, приборостроение и сооружение несущих каркасов. Именно никель придает сталям их стойкость к коррозии.
• Никель-медные сплавы чаще всего применяются при изготовлении кислотоупорной аппаратуры и разнообразных деталей, которые должны работать в условиях агрессивной химической среды.
• Сплавы никеля и хрома знамениты своей жаропрочностью и стойкость к щелочам и кислотам. Их используют в печах, атомных реакторах, двигателях и так далее.
• Сплавы никеля, хрома и железа, кроме того, сохраняют стойкость к высокой нагрузке при очень высоких температурах – до 900 С. Это незаменимый материал для газовых турбин.

Никель – металл с . Прочный, ковкий, стойкий к кислотам и щелочам и способный передать эти свойства практически любому сплаву. Неудивительно, что никель так широко применяется.

Простой и надежный способ восстановления никель-кадмиевых аккумуляторов рассмотрен в видео ниже:

Покрывая никелем детали из цветных металлов и стали, повышают их сопротивление воздействию коррозионных процессов и механического износа. Никелирование в домашних условиях доступно каждому и характеризуется несложной технологией.

1 Никелирование металлических поверхностей – азы технологии

Никелирование заключается в нанесении на поверхность обрабатываемого изделия тонкого никелевого покрытия, толщина которого, как правило, составляет 1–50 мкм. Этой операции детали подвергают с целью их защиты или для получения характерного (матово-черного или блестящего) внешнего вида никелируемой поверхности. Покрытие, независимо от оттенка, надежно предохраняет металлические предметы от коррозии на открытом воздухе, в растворах солей, щелочей, слабых органических кислот.

Как правило, никелируют детали, изготовленные из стали или таких металлов и сплавов из них, как медь, алюминий, цинк, реже – титан, марганец, молибден, вольфрам. Нельзя обрабатывать химическим никелированием поверхности изделий из свинца, олова, кадмия, висмута, сурьмы. Никелевые покрытия используют в различных промышленных отраслях для защитно-декоративных и специальных целей или в качестве подслоя.

Второй несколько дороже, чем первый, однако позволяет получать равномерное по толщине и качеству покрытие на всей поверхности детали, при условии, если обеспечен доступ раствора ко всем ее участкам. Никелирование в домашних условиях является вполне осуществимой задачей. Перед началом работ изделие тщательно очищают от загрязнений и ржавчины (если есть), обрабатывают мелкой наждачной бумагой, чтобы снять оксидную пленку, промывают водой, затем обезжиривают и еще раз промывают.

2 Секреты увеличения стойкости и срока службы никелевых покрытий

Перед никелированием стали желательно выполнять меднение изделия (покрывать подслоем меди). Эта технология используется в промышленности, как отдельный процесс, а также как подготовительный перед серебрением, хромированием, никелированием. Меднение, предваряющее нанесение других слоев, позволяет выровнять дефекты поверхности и обеспечивает надежность и долговечность внешнего защитного покрытия. Медь держится на стали очень прочно, а другие металлы осаждаются на нее гораздо лучше, чем на чистую сталь. Помимо этого, никелевые покрытия не сплошные и на 1 см2 имеют сквозные (до металла подложки) поры:

• несколько десятков – для однослойных покрытий никелем;
• несколько – для трехслойных.

В результате этого коррозионным процессам подвергается металл подложки, находящийся под никелем, при этом возникают условия, провоцирующие отслаивание защитного покрытия. Поэтому, даже при предварительном омеднении, многослойном никелировании, а особенно при однослойном на чистую сталь, необходима обработка поверхности защитного покрытия из никеля специальными составами, которые закрывают поры. При самостоятельной обработке в домашних условиях возможны следующие способы:

• протереть деталь с покрытием кашицеобразной смесью воды с окисью магния и сразу же погрузить ее на 1–2 минуты в 50 % состав соляной кислоты;
• протереть 2–3 раза поверхность детали легко проникающим смазочным составом;
• сразу после обработки еще не остывшее изделие погрузить в рыбий жир (невитаминизированный, лучше старый, который уже непригоден по прямому назначению).

В двух последних случаях излишки смазки (жира) удаляют с поверхности через сутки бензином. В случае обработки больших поверхностей (молдингов, бамперов автомашин) рыбий жир используют следующим образом. В жаркую погоду им протирают деталь 2 раза с промежутком в 12–14 часов, а через 2 суток удаляют излишки бензином.

3 Электролитическое никелирование в домашних условиях

Этот способ требует подготовки электролита, состав которого следующий:

• 140 г сернокислого никеля;
• 50 г сернокислого натрия;
• 30 г сернокислого магния;
• 5 г поваренной соли (хлористого натрия);
• 20 г борной кислоты;
• 1000 г воды.

Химикаты растворяют по отдельности в воде, полученные растворы фильтруют, после чего смешивают. Готовый электролит наливают в емкость. Для гальванического никелирования необходимы электроды из никеля (аноды), которые опускают в ванну с электролитом (одного электрода недостаточно, так как полученное покрытие будет неравномерным). Между анодами на проволочке подвешивают деталь. Медные проводники, идущие от никелевых пластин, соединяют в одну цепь и подключают к положительному выводу источника постоянного тока, провод от детали – к отрицательному.

Для управления силой тока в цепь включают сопротивление (реостат) и миллиамперметр (прибор). Напряжение источника тока должно быть не больше 6 В, плотность тока необходимо поддерживать на уровне 0,8–1,2 А/дм2 (площади поверхности изделия), температура электролита комнатная 18–25 оC. Ток подают 20–30 минут. За это время образуется никелевый слой толщиной примерно 1 мкм. Затем деталь вынимают, как следует промывают водой и просушивают. Полученное покрытие будет серовато-матового цвета. Чтобы слой никеля приобрел блеск, поверхность детали полируют.

Если нет сернокислого натрия и магния, то берут больше сернокислого никеля, доводя его количество в электролите до 250 г, а также борной кислоты – 30 г, натрия хлористого – 25 г. Никелирование в этом случае проводят при значениях плотности тока в пределах 3–5 А/дм2, раствор нагревают до 50–60 оC.

Недостатки электролитического метода:

• на рельефных, неровных поверхностях никель осаждается неравномерно;
• невозможность нанесения покрытия в глубоких и узких полостях, отверстиях и тому подобного.

4 Химическое никелирование изделий в домашних условиях

Все составы для проведения химического никелирования универсальны – пригодны для обработки любых металлов. Готовят растворы, соблюдая определенную последовательность. В воде растворяют все химреактивы (исключая гипофосфит натрия). Посуда должна быть эмалированная. Затем раствор нагревают, доводя его температуру до рабочей, после чего растворяют гипофосфит натрия. Деталь завешивают в жидком составе, температуру которого поддерживают на необходимом уровне. В 1 л подготовленного раствора возможно провести никелирование изделия, площадь поверхности которого до 2 дм2.

Используют следующие составы растворов, г/л:

• Натрий янтарно-кислый – 15, никель хлористый – 25, натрия гипофосфит – 30 (кислотность раствора pH – 5,5). Рабочая температура смеси – 90–92 °С, скорость наращивания покрытия – 18–25 мкм/ч.
• Никель сернокислый – 25, натрий янтарно-кислый – 15, натрия гипофосфит – 30 (pH – 4,5). Температура – 90 °С, скорость – 15–20 мкм/ч.
• Никель хлористый – 30, кислота гликолевая – 39, натрия гипофосфит – 10 (рН – 4,2). 85–89 °С, 15–20 мкм/ч.
• Никель сернокислый – 21, натрий уксуснокислый – 10, свинца сульфид – 20, натрия гипофосфит – 24 (pH – 5). 90 °С, до 90 мкм/ч.
• Никель хлористый – 21, натрий уксуснокислый – 10, натрия гипофосфит – 24 (pH – 5,2). 97 °С, до 60 мкм/ч.
• Никель хлористый – 30, кислота уксусная – 15, свинца сульфид – 10–15, натрия гипофосфит – 15 (pH – 4,5). 85–87 °С, 12–15 мкм/ч.
• Никель хлористый – 30, аммоний хлористый – 30, натрий янтарно-кислый – 100, аммиак (25 % раствор) – 35, натрия гипофосфит – 25 (pH – 8–8,5). 90 °С, 8–12 мкм/ч.
• Никель хлористый – 45, аммоний хлористый – 45, натрий лимоннокислый – 45, натрия гипофосфит – 20 (pH – 8,5). 90°С, 18–20 мкм/ч.
• Никель сернокислый – 30, аммоний сернокислый – 30, натрия гипофосфит – 10 (pH – 8,2–8,5). 85 °С, 15–18 мкм/ч.
• Никель хлористый – 45, аммоний хлористый – 45, натрий уксуснокислый – 45, натрия гипофосфит – 20 (pH – 8–9). 88–90 °С, 18–20 мкм/ч.

По истечении нужного времени изделие промывают в воде, содержащей небольшое количество распущенного мела, затем просушивают и полируют. Полученное таким способом покрытие сталь и железо держат достаточно прочно.

В основе химического процесса никелирования лежит реакция, при которой никель восстанавливается из раствора солей на его основе в присутствии гипофосфита натрия и при помощи остальных химических реактивов. Применяемые составы делят на щелочные (уровень pH превышает 6,5) и кислые (показатель рН составляет 4–6,5). Последние лучше использовать для обработки черных металлов, меди, латуни, а щелочные предназначены для никелирования .

Использование кислых составов позволяет получать на полированном изделии более гладкую, равномерную поверхность, чем с помощью щелочных. У кислых растворов есть и другая немаловажная особенность – вероятность их саморазряда при превышении значений рабочей температуры меньше, чем у щелочных. Никелирование, своими руками выполненное, с использованием щелочных составов гарантирует более прочное и надежное сцепление слоя никеля с металлом, на который произведено его нанесение.