镍棒厂家一站式简述纯镍的性能特点

1、纯镍的概述

镍在元素周期表中是第28 号元素，它和铁、钴共同组成了周期表中的第四周期的过渡族元素。镍的原子量是58.6934，具有五个稳定的同位素。纯镍的晶体结构在其熔点以下的温度范围内都保持着面心立方的结构，没有同素异构转变。晶格常数在20℃时是0.35167nm。纯镍能够与许多金属元素形成固溶体，镍和铜能够形成无限固溶体，和铁也接近无限互溶，镍还可以和钼、铬、铝、钛等元素形成有限固溶体。将纯镍的物理性能列于表1.2 中。需要指出的是，在温度为25℃时，纯镍的密度为8.902g/cm³，而当温度达到熔点时密度变为7.9g/cm³。镍的密度变化是随着温度的升高而不断下降，在大约2227℃时达到7.0g/cm³。镍的电阻率在20℃时是68.44nΩ·m。

其电阻率在低温时是可以忽略不计的，但是随着温度的和杂质的增加而增加。镍在常温下具有强烈的磁性，但纯镍本身很少作为磁性材料使用，偶尔在磁致伸缩方面有应用。许多含有镍的合金就是为了应用镍的磁性。通常这些合金都是以铁为基体，镍的含量大约在10%~20%。镍的居里温度是与其纯度有关，纯镍多在350℃~360℃。

纯镍在具有稳定的化学性能。在常温下不与氧气发生反应，当温度达到500℃左右是才发生轻微的氧化。由于镍具有显著的钝化倾向，室温条件下在碱性环境和非氧化性无机酸的环境中也表现出良好的耐蚀性能。镍的标准电极电位为与氢非常接近，所以很难在非氧化性环境下逸出氢。镍在含有氧化剂的条件下，腐蚀速度剧烈上升，在醋酸中也不稳定。

纯镍具有优良的加工性能，塑形、延展性都比较好。可以通过轧制等加工工艺制成板材、带材、管材等。纯镍根据镍的含量分为N2、N4、N6 等牌号，其中N2 中镍的含量最高。表1.3 为纯镍的分类以及各牌号的化学成分。

牌号为N6 是纯镍是在工业生产中应用最为广泛，通常称为工业纯镍N6。在碱性环境中表现出优良的耐蚀性能，并且机械加工性能良好，故本课题采用工业纯镍N6作为研究对象。

2、 纯镍N6

N6 是纯镍的一种又称六号镍，在美国的牌号为Ni200。其中Ni 的含量大于99.5%，其他杂质含量不高于0.5%。在退火的供货状态下拉伸强度σb=317MPa。纯镍N6 具有良好的加工性能，可加工成管棒线板带箔材产品。选择合适的加工方法能够产生抗拉强度达448~793MPa 的棒材和896MPa 的带材以及1103MPa 的线材。纯镍在退火的状态下的维氏硬度只有64HV，冷加工处理以及杂质的增加可以使硬度增加。工业纯镍N6 的杨氏弹性模量值为207GPa。剪切模量是76GPa，泊松比0.31。在退火状态下，伸长率为10-40%，具有良好的延展性。

工业纯镍N6 在碱性和非氧化性酸中性能稳定，同时还具有较高的电真空性，因此被广泛应用于化工、电子等行业。

3、元素对纯镍N6 的影响

工业纯镍N6 中的杂质会对其组织性能有一定的影响，常见的杂质有铝、铁、锰、硅、碳等元素。Al、Ti 是γ′相的主要形成元素，还有一定的脱氧作用。当这两种元素含量较少时对提高纯镍的高温强度和热腐蚀性能都是有益的，而当其含量过高时容易出现粗大片状Ni3(A1,Ti)C，使得纯镍的脆化，塑性急剧降低。在工业纯镍N6 中应该严格控制C、O、N 和S 等元素的含量，这些元素对Ni 的工艺性能影响很大。其中C作为主要的脱氧剂，可以改善Ni 的铸造性能，但Ni-C 可以形成低熔点共晶物，使得热塑性能受到一定影响。而当C 含量大于0.15%时，还能能引起冷脆性。S 是强烈破坏工业纯镍N6 热加工性的有害杂质，这是由于S 在Ni 中溶解度极小，能与Ni 形成低熔点共晶，多以离异共晶的形式分布于晶粒间界。

Mn 和Mg 在高温对S 有很大的亲和力是理想的脱S 剂，反应产物MnS 和MgS的熔点分别可达到1610℃和2000℃以上，形成的难熔化合物呈点状弥散分布。可以消除S 对冷、热加工的有害影响，还可起到一定的细化晶粒作用。但Mg 的含量过高时，会生成Ni-Ni2Mg 共晶，会恶化热加工性能。在纯镍中Mg 的含量不宜超过0.03%。

4、纯镍的焊接性

对于工业纯镍N6 来说，焊接工艺是至关重要的。如果焊接方法选择不当或者焊接结构设计出现漏洞都会导致焊接接头出现缺陷从而影响其性能。由于纯镍本身的物理性能导致在焊接加工的过程中有可能会出现一些焊接缺陷问题。

(1)形成气孔的倾向

气孔是在焊接生产过程中经常遇到的一种体积性缺陷，由于气孔占据了焊缝金属的一定体积，削弱了焊缝的有效工作截面积，从而影响焊接接头的性能。从焊接工艺的选择和材料本身的特点来分析产生气孔的倾向。本课题的焊接方法选用TIG 焊，TIG 焊对焊接材料以及焊接试件表面的油、水分等非常敏感，这就要求在焊前应该对焊材和焊接工件表面清理。清理时，采用机械清理和有机溶液清理两种方法。机械清理可采用钢丝刷打磨掉坡口及其附近的氧化皮，有机溶液清理采用丙酮、乙醇对油脂、灰尘、和其他污染物等进行清理。本课题中选用的材料工业纯镍N6 电阻率大，热导率低，因此熔池的流动性也就较差。而有研究表明：熔融态的镍中可以溶解一定量的氧气和氢气，随着温度的降低，氧和氢在镍中的溶解度也降低。焊接熔池的流动性能又比较差，这就导致了当熔池凝固时，会有一部分的氧气和氢气来不及溢出。残留在熔池中的O 与Ni 形成NiO，而残留下来的H2 与NiO 反应将Ni 还原出来，同时H 与O 结合形成水蒸气气孔，这些气孔经常出现在熔合线附近[16]。因此在焊接工业纯镍N6 时要确保氩气的纯度，以及在焊接之前提前通氩气。

(2)焊接热裂纹

在工艺纯镍N6 的焊接过程中，最多出现的热裂纹就是结晶裂纹。这种裂纹可以在光学显微镜下观察到，多出现在焊缝中的树枝晶的交界处。从金属结晶的理论可以知道，后结晶的金属含杂质较多，且富集在晶界[15]。而这些杂质所形成的共晶都具有较低的熔点，将纯镍在焊接过程中可能形成的共晶物成分及温度列于表1.4 中。从表中可以看出镍与硫、磷形成的低熔点共晶物的熔点远低于纯镍的熔点。在焊缝金属凝固的后期，低熔点共晶物被排挤在柱状晶相交的中心部位，是形成一种所谓的“液态薄膜”，在焊缝冷却的过程中存在较高残余应力，液态薄膜就变成了薄弱地带。通常导致焊缝及热影响区产生热裂纹。其中显微裂纹采用最常用的无损探伤手段—X 射线探伤仪不易检测到，容易成为安全问题的隐患，应该引起对这些问题的重视。