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镍和钼元素在高温合金中的作用
作者:君木钢铁
所属分类:技术百科
时间：2021-05-14 10:03:43
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镍（Ni）是一种过渡元素，具有黑色和有色金属的混合特性。它既可亲铁（即与铁结合）又可亲铜（即与硫结合）。开采的镍主要来自两种类型的矿床：
- 主要矿石矿物为含镍褐铁矿[（Fe，Ni）O（OH）]和辉长岩（含水镍硅酸盐）的红土，或
- 主要矿物为镍黄铁矿的岩浆硫化物矿床[（Ni，Fe） nineS eight ].
二价镍的离子半径与二价铁和镁的离子半径相近，使这三种元素在某些硅酸盐和氧化物的晶格中相互替代。硫化镍矿床通常与称为超镁铁质的富铁和富镁岩石有关，可以在火山岩和深成岩环境中找到。许多硫化物矿床产于深部。红土是超镁铁质岩石风化形成的一种近地表现象。据信，地球上大部分的镍都集中在地核。
镍主要作为精炼金属（阴极、粉末、煤球等）或镍铁出售。在西方世界，大约65%的镍用于制造奥氏体不锈钢。另外12%用于高温合金（如Inconel 600）或有色合金（如Cutronicel）。这两种合金因其耐腐蚀性而被广泛使用。航空航天工业是镍基高温合金的主要消费国。喷气发动机的涡轮叶片、涡轮盘和其他关键部件都是用高温合金制造的。镍基高温合金也被用于陆上燃烧涡轮机，比如在发电站发现的涡轮机。剩下的23%的消费被分配在合金钢、可充电电池、催化剂和其他化学品、铸币、铸造产品和电镀之间。主要的商业化学品是碳酸盐（NiCO three)，氯化物（NiCl two)二价氧化物（NiO）和硫酸盐（NiSO four). 在水溶液中，二价镍离子呈翠绿色。
钼在高性能镍基合金中是非常重要的合金元素。镍基合金分为两大基本类型：
耐蚀合金和高温合金高温合金又可以进一步细分为两类：
- 固溶强化型
- 时效硬化型
- 在耐蚀镍基合金中，钼的一个重要作用是赋予了合金耐氢卤酸（HCl，HBr和HF）和硫酸等非氧化性介质的能力。因此，对这类环境耐腐蚀能力最强的合金是钼含量28.5%的B3合金。同时，钼还与铬共同为合金提供耐局部腐蚀如点蚀和缝隙腐蚀的耐蚀能力。合金C22和C2000等对此类腐蚀耐蚀能力特佳。
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- 耐蚀镍基合金广泛用于化工、石油天然气、石化、制药和污染控制等行业，在这些行业中，高腐蚀性环境非常常见。
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- 在高温合金中，常常添加钼来抗高温蠕变损伤。对于固溶强化合金，利用钼在镍中扩散非常缓慢这一特点。由于高温蠕变通常是扩散控制的，因此添加钼对于降低蠕变速率十分有效。对于利用γ'、Ni 3（Al，TI）析出的时效硬化合金，添加钼可强化基体并减少基体与γ'相之间的晶格失配，从而提高了析出物的稳定性。钼在242合金中的作用是非常独特的。其钼和铬的特定组合促进了长程有序Ni 2（Mo，Cr）相颗粒的形成，使合金具有很高的强度而延展性并没有明显下降。此外，添加钼对于减小热膨胀系数也十分有效。
为了充分利用这一效应，燃气轮机密封环采用高钼含量的合金242制造。高温合金广泛用于燃气轮机部件如涡轮盘、燃烧室、过渡管道、涡轮机壳体、密封环、加力燃烧室部件及推力反向器等。它们也用于工业加热装置、热处理、热交换器、矿物加工及垃圾焚烧等用途。
