Никель и его формы

Целью данной статьи является обзор видов и марок продукции из никеля и никелевых сплавов, основных технологий производства данной продукции и областей её применения.

Марки никеля и их обозначение

В названии марки буква Н означает «Никель», а цифра (от 0 до 4) является характеристикой химической чистоты (см. след. параграф), как видно из таблицы – увеличение номера характеризует уменьшение количества основного вещества (никеля) в объекте исследования.

В названии марок сплавов, где присутствует буква «П» – она означает маркировку полуфабрикатных изделий. «А» – означает анодную продукцию. Вторая буква «Н» (к примеру, в марке НПАН) употребляется только в марках анодов и означает непассивируемость.

С помощью электролиза изготавливают марки Н-0, Н-1у, Н-1 и Н-2; путём переплава отходов никеля допускается изготовления марок Н-2, Н-3 и Н-4; с помощью огневого рафинирования – только марки Н-3 и Н-4. Марки применяются для легирования различных никельсодержащих сталей и сплавов.

Никелирование

Под никелированием понимается процесс нанесения слоя никеля толщиной от 0,05 до 0,125 мм. на поверхности другого металла с целью защиты его от коррозии (в атмосферных условиях, в растворах щёлочей, солей и слабых органических кислот) и/или механического повреждения, улучшения прочностных характеристик и износостойкости изделий, а также в декоративных и эстетических целях. Никелевые напыления со временем частично теряют свой первоначальный блеск, поэтому часто на слой никеля наносят более стойкий слой хрома.

Рисунок 1. Никелированная деталь

Существует множество областей применения никелирования: для покрытия деталей автомобилей и велосипедов, медицинских инструментов и приборов, бытовой техники, и т.п., а также деталей и частей механизмов, которые эксплуатируются в условиях сухого трения.

Легирование никелем

Легирование в металлургии – это добавление в металлический расплав или шихту (холодную смесь исходных компонентов, подлежащую дальнейшей переплавке) дополнительных компонентов. Использование никеля в качестве легирующей добавки имеет огромную важность в металлургии, однако эффект от его введения в расплав или шихту зависит от многих факторов (и самого состава расплава прежде всего). Поэтому в рамках данной статьи этот вопрос не может быть освещен достаточно подробно. Скажем лишь, что легирование никелем позволяет значительно улучшить физические, химические, прочностные и технологические свойства, а также конструкционную прочность того или иного металла.

Никелевые листы: аноды и катоды

Никелевые аноды и катоды (изготавливаются по ГОСТ 2132-2015) представляют из себя листы, производящиеся по утвержденным стандартам и технологическим условиям. Размеры листов колеблются:

• по толщине – 5 – 20 мм.
• по ширине – 500 – 800 мм.
• по длине – 500 – 2000 мм. (допустимое отклонение по длине по ГОСТ – 20 мм.)

Производятся листы мерной (кратной 100 мм.) и немерной длины.

Обычно, их производят из никеля марок НП1, НП2, НП3 и НП4 по ГОСТ 492. Для продукции специального назначения используют никелевый лист, изготовленный из никеля марки НП-1, содержание никеля в котором должно быть не менее 99,9%. В областях машино- и приборостроения используется, как правило, никелевый лист марки НП-2, с содержанием никеля не менее 99,5%. Листы марок НП-3 и НП-4 с содержанием никеля 99,3% и 99,0% используются в менее технологичных областях промышленности. Свойства никелевых листов напрямую зависят от содержания инородных примесей. Наиболее ухудшающими технологические и механические характеристики являются включения серы, сурьмы, цинка, свинца и висмута. В частности, сера опасна тем, что образует сульфидную пленку, которая легко плавится при температуре около 645 °С и вызывает горячеломкость листа.

Аноды подвержены такому негативному явлению, как пассивация. Под пассивацией понимается образование тонкой пленки с высоким сопротивлением на поверхности анодного листа – она формируется в результате взаимодействия электролита с металлом. Негативным следствием пассивации является задержка напряжения.

Рисунок 2. Никелевые листы: аноды (слева), катоды (справа)

Никелевая проволока

Никелевую проволоку используют в самых разных областях техники и промышленности: в радио- и телевизионной технике (изготовление катодов и сеток радиоламп и СВЧ-приборов, иногда как высокоомный провод для сопротивлений термокомпенсации, для термопар); гальванопластике (электроды), иногда на электроэрозионных станках; для вакуумного напыления никелевых покрытий в качестве источника никеля; в физике для изготовления некоторых деталей, работающих в вакууме; в химии как одна из форм никеля, удобная для практических применений - например, в виде сеток для катализа; бытовой технике, сфере компьютерной индустрии и т.п. вообще как конструкционный материал там, где надо избежать образования гальванической пары с никелевыми деталями.

Проволока изготавливается, как правило, из никеля марок НП2, НП3 и НП4. Существуют два основных типа проволоки: твердая (нагартованная) и мягкая (отожженная). В том случае, если никелевая проволока имеет диаметр менее 0,09 мм, то допускается изготовление проволоки только первого типа; при толщине более 0,09 мм – допускается изготовление обоих типов.

Никелевая лента и никелевая полоса

Никелевая лента используется, преимущественно, в электротехнике и машиностроительной промышленности, для создания электронагревателей, и резистивных элементов со стабильными электрическими параметрами. Данные элементы изготавливаются, как правило, из микропроволоки или тонкой ленты толщиной 5-20 мкм.

Размеры ленты согласно ГОСТ 15515-2016:

• по толщине от 0,05 до 2 мм (с отклонением от -0,01 до -0,1 мм);
• по ширине от 10 до 300мм (с отклонением от +0,2 до +1 мм);
• по длине от 2,5 м ( не допускается производство ленты меньшей длины).

Никелевая полоса является отрезком заданной длины от никелевой ленты.

Никелевый пруток

Области применения никелевого прутка: в электровакуумном машиностроении, специальном машиностроении.

Никелевый пруток должен соответствовать требованиям ГОСТ 13083-2016 «Прутки из никеля и кремнистого никеля». Прутки классифицируются по длине: немерной длины тянутые — от 1,5 до 4 м; катаные диаметром до 60 мм — от 1,0 до 3,0 м, диаметром св. 60 мм — от 0,7 до 1,4 м; мерной длины или кратной мерной — в пределах немерной длины с предельным отклонением + 15 мм. В случае особых требований потребителя никелевый пруток может быть отличной от стандартной длины.

Никелевый пруток изготовляют из марок: никель НП-2, НП-З, никель Н1, никель Н3 и из кремнистого никеля марки НК 0,2.

Никелевый порошок

Существуют электролитические и карбонильные никелевые порошки. Их форма изготовления: никелевый порошок распыленный и порошки на основе никеля для напыления и наплавки.

Порошок никелевый электролитический производится из водных растворов солей никеля электролитическим методом с дальнейшей сушкой, термообработкой в восстановительной среде. Получение порошка никеля карбонильного происходит по так называемому карбонильному процессу с промежуточным получением карбонила и последующим его разложением.

Порошки но основе никеля находят применение в производстве магнитов, аккумуляторов, фильтрующих элементов, электроконтактов, специальных покрытий, красителей, катализаторов, сварочных электродов, композиционных клеев, ферритов, в порошковой металлургии в качестве составляющей тяжелых и твердых сплавов, при восстановлении узлов агрегатов подвергающихся износу. Наиболее распространенные марки никелевых порошков: ПНЭ-1, ПНЭ-2, ПНК-УТ1, ПНК-УТ2, ПНК-УТ3.