니켈 융점: 청정, 합금, 산업적 영향

니켈 융점 (순수한 ni, 가까운 1 ATM): ~ 1455 ° C = 1728 k = 2651 ° F. 이 값은 권위있는 참고 문헌에서 널리 허용됩니다.

이 온도는 고체에서 액체 니켈로의 전이를 정의하고 합금 발달에서 중심적인 역할을합니다., 고온 공학, 고급 제조 기술.

여러 관점에서 니켈의 융점 이해 - 열역학을 포함한, 압력 의존성, 합금 행동, 프로세스 영향 - 기본 과학과 산업 실무에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다..

1. 녹는 점이 나타내는 것

그만큼 녹는 점 재료가 평형에서 고체에서 액체로 전환되는 온도입니다..

을 위한 순수한 니켈, 용융점은 급격히 정의 된 온도입니다.1455 ° C (1728 케이, 2651 ° F)- 결정질 고체에서 균질 액체로 직접 전환하기 때문에.

대조적으로, 합금 및 다중 성분 시스템은 일반적으로 a를 나타냅니다 용융 범위, solidus에 의해 정의됩니다 (녹는 곳) 그리고 액체 (재료가 완전히 녹은 곳), 여러 단계와 요소의 상호 작용으로 인해.

용융점은 단순히 물리적 상수가 아닙니다; 재료 과학 및 공학에 깊은 영향을 미칩니다:

• 열역학적 기준점: 고체 상태와 액체 상태의 자유 에너지 사이의 균형을 반영합니다., 위상 다이어그램 및 합금 설계의 기본으로 만듭니다.
• 처리 임계 값: 주조에 필요한 최소 온도를 정의합니다, Remelting, 또는 퓨전 기반 제조 방법.
• 성능 경계: 재료 응용 분야의 상한을 설정합니다; 니켈 기반 합금은 1000-1100 ° C에서 안전하게 작동 할 수 있습니다, 구조적 무결성을 보존하기 위해 니켈의 융점 아래에 남아 있어야합니다..

본질적으로, 용융점은 금속 상태의 질서와 장애 사이의 경계, 니켈의 행동에 대한 과학적 이해와 산업 유용성을 형성.

2. 니켈 녹는 점의 과학: 원자 구조 및 결합

니켈의 상대적으로 높은 녹는 점 1455 ° C 그것에 뿌리를두고 있습니다 원자 배열 및 결합력.

전이 금속으로, 니켈은 a 얼굴 중심 입방 (FCC) 구조, 원자가 밀접하게 포장되어 전자를 공유하는 곳 금속 결합.

이 결합 메커니즘은“비편정 된 전자의 바다”를 만듭니다., 방해하려면 상당한 열 에너지가 필요합니다.

FCC 격자는 또한 니켈의 연성과 인성에 기여합니다., 그러나 안정성은 격자가 액체 상태로 분해되기 전에 상당한 양의 열이 흡수되어야한다는 것을 의미합니다..

따라서, 니켈의 융점은 그 사이의 균형을 반영합니다. 전자 구성, 금속 결합 강도,
및 결정질 형상- 열 탄력성과 산업 가치를 정의하는 요인.

3. 청정: 니켈 용융점을 형성하는 주요 요인

자주 인용 1455 ° C 용융점 에만 적용됩니다 초고록 니켈 (≥99.99%, 때때로 전해 니켈이라고합니다).

산업 관행에서, 니켈은이 이상적인 형태로 거의 존재하지 않습니다; 대신에, 그것은 미량 불순물 또는 용융점을 동결 지점 우울증 효과, 외래 원자가 금속 격자를 방해하고 전이 온도를 낮추는 곳.

용융점에 대한 불순물 효과

작은 농도의 불순물조차도 니켈의 녹는 행동에 큰 영향을 줄 수 있습니다.:

불결	전형적인 농도 (%)	용융점 감소 (° C)	결과 범위 (° C)
탄소 (기음)	0.1	15–20	1435–1440
황 (에스)	0.05	8–12	1443–1447
철 (Fe)	1.0	10–15	1440–1445
산소 (영형)	0.01	5–8	1447–1450

이런 이유로, "상업적으로 순수한 니켈" (ASTM B162 등급과 같은 200, 99.0-99.5%) 일반적으로 범위에서 녹습니다 1430–1450 ° C, 급격한 단일 값보다는.

이 변화는 야금 처리에 중요합니다: 불순물 효과를 설명하지 않으면 불완전한 녹는 것으로, 분리, 또는 합금 생산의 결함.

초고록 니켈: 중요한 응용 프로그램

대조적으로, 초고록 니켈 (99.999%) 에 밀접하게 준수합니다 1455 ° C 용융점.

그 안정성은 열 정밀도가 회상 할 수없는 고급 기술에 없어서는 안될 것입니다. 반도체 제조, 얇은 필름 증착, 및 항공 우주 슈퍼 합금.

이 경우, 약간의 변화조차도 미세 구조적 무결성 또는 기능적 성능을 손상시킬 수 있습니다..

4. 니켈 합금: 합금 요소가 녹는 점을 수정하는 방법

니켈의 가장 큰 산업 가치는 순수한 형태가 아닙니다., 그러나 형성 능력이 있습니다 합금 광범위한 요소가 있습니다.

이 합금은 순수한 니켈과 구별되는 녹는 거동을 나타냅니다 (1455 ° C), 니켈과 합금 요소 사이의 원자 상호 작용에 의해 지배됩니다.

일부 요소 용융점을 낮추십시오 공허 형성을 통해, 다른 반면 그것을 높이거나 안정화시킵니다 고해상의 단계에 기여함으로써.

용융점이 낮은 합금

특정 금속 - 구리 (Cu), 아연 (Zn), 그리고 망간 (MN)- 니켈로 공허 시스템을 형성합니다.

이 합금은 일반적으로 두 성분 미만의 온도에서 녹습니다, 주파수 및 제조 가능성 향상.

• 모넬 400 (65% ~ 안에, 34% Cu): 용융 범위 1300–1350 ° C, 순수한 니켈보다 약 100–150 ° C.
  이것은 니켈의 부식 저항을 유지하면서 더 쉬운 캐스팅과 단조를 용이하게합니다., 이상적입니다 해양 밸브, 슬리퍼, 및 화학 처리 장비.
• Ni – Zn 합금: 특수 부식 내성 코팅에 유용합니다, 처리를 단순화하는 용융점이 낮습니다.

감소 된 용융 범위가 향상됩니다 유동성 응고하는 동안 그러나 초 고온 응용 분야에서의 사용을 제한 할 수 있습니다.

녹는 점이 높은 합금

합금 될 때 고유 한 전이 금속 크롬처럼 (Cr), 몰리브덴 (모), 또는 텅스텐 (w), 니켈은 기초를 형성합니다 슈퍼 합금.

이 재료는 항상 니켈의 융점을 초과하는 것은 아닙니다., 그러나 그들은 탁월한 강도와 안정성을 유지합니다 가까운 온도 80% 그들의 녹는 점의, 알려진 속성 크리프 저항.

• Inconel 625 (59% ~ 안에, 21.5% Cr, 9% 모): 용융 범위 1290–1350 ° C- 순수한 ni보다 낮은 사람,
  그러나 매우 우수한 고온 산화 및 크리프 저항성.
• Hastelloy x (47% ~ 안에, 22% Cr, 18.5% Fe, 9% 모): 용융 범위 1290–1355 ° C, 가스 터빈 및 석유 화학 반응기에 널리 사용됩니다.
• 니켈 텅스텐 합금 (예를 들어, 80% ~ 안에, 20% w): 주위의 융점 1600 ° C,
  순수한 니켈보다 상당히, 고용 용광로 구성 요소 및 내마비 응용 프로그램.

여기서 트레이드 오프가 분명합니다: 용융 범위만으로는 정의 기준이 아닙니다.

대신에, 합금 설계는 기계적 안정성으로 녹는 동작을 균형을 유지합니다, 산화 저항,
그리고 순수한 니켈을 달성 할 수있는 것 이상의 성능을 제공하는 제조 가능성.

5. 니켈 융점 측정: 방법과 표준

니켈의 용융점의 정확한 결정은 둘 다에 중요합니다. 산업 처리 그리고 과학적 연구.

몇 가지 확립 된 방법과 표준은 재현성과 정밀성을 보장합니다.

열 분석 기술

• 차동 스캐닝 열량 측정 (DSC): 니켈 샘플이 가열 될 때 열 흐름을 측정합니다, 융합의 정확한 시작을 감지합니다. 이상적입니다 고순도 니켈 및 작은 샘플 연구.
• 열 중량 분석 (TGA): 가열 중 체중 변화를 모니터링합니다; 순도 검증 및 위상 전이 분석을 위해 DSC와 함께 사용.
• 드롭 또는 용광로 용융 테스트: 전통적인 방법에는 고온 용광로에 니켈 샘플을 배치하고 제어 된 대기 하에서 녹는 점을 시각적으로 관찰하는 것이 포함됩니다. (진공 또는 불활성 가스). 일반적으로 산업 품질 관리.

표준 및 참조 가이드 라인

• ASTM E121: 광학 또는 열 기술을 사용하여 금속의 용융점을위한 표준 테스트 방법.
• ISO 945–1: 고순도 니켈 및 합금에 대한 금속 구조 및 용융 검증 절차를 정의합니다..
• 국제 온도 척도 (그 -90): 고정밀 열전대 및 용광로의 교정을위한 기준 온도 제공.

측정 정확도에 영향을 미치는 요인

• 샘플의 순도: 미량 불순물조차도 측정 된 융점이 5-20 ° C로 이동할 수 있습니다..
• 분위기 조절: 산화 환경은 표면 반응을 유발할 수 있습니다, 명백한 용융점을 낮추고 있습니다.
• 가열 속도 및 열 구배: 빠른 가열 또는 고르지 않은 온도 분포는 부정확 한 판독 값으로 이어질 수 있습니다.; 통제 된 램프 속도 (1–10 ° C/분) 권장됩니다.

6. 참고 문헌이 동의하지 않는 이유 (1453–1455 ° C)

당신은 볼 것입니다 1453 ° C 그리고 1455 ° C 다른 핸드북에서. 스프레드가 반영됩니다 샘플 순도, 불순물 (영형, 에스, 기음) 그것은 액체를 약간 우울하게합니다, 그리고 측정 방법 (DTA/DSC 교정, 열 지연).

주요 데이터 컴파일이 수렴됩니다 ~ 1455 ° C, 산업 기관이 때때로 나열합니다 1453 ° C; 둘 다 실험적 불확실성 내에서 방어 할 수 있습니다.

이러한 차이에도 불구하고, 1455 ° C 널리 받아 들여지는 엔지니어링 가치입니다.

7. 니켈 융점의 산업적 영향

니켈 녹는 점 - 근본적으로 1455 초 구문 니켈의 경우 ° C- 이론적 가치 이상입니다; 그것은입니다 니켈 생산 및 애플리케이션의 모든 단계에 적용되는 중요한 매개 변수, 추출에서 고성능 부품 제조까지.

추출 및 정제

• 제련: 니켈 광석, Pentlandite와 같은, 전기 아크로에서 제련됩니다 1500–1600 ° C,
  니켈의 용융점보다 약간 위로, 황화 니켈의 완전한 액화를 달성하기 위해.
• 전해 정제: 불순한 니켈 (95–98% 순도) 정제됩니다 초고속 (99.99%+) 전기 분해를 통해.
  중간 니켈의 용융점 모니터링하면 보장됩니다 퍼니스 온도가 최적화됩니다, 불완전한 용융 또는 불필요한 에너지 소비를 방지합니다.

주조, 단조, 그리고 용접

• 주조: 니켈 및 니켈 합금은 일반적으로 주조됩니다 50용융점보다 –100 ° C 유동성을 유지하고 결함을 최소화합니다.
  예를 들어, 순수한 니켈이 주조됩니다 1500–1555 ° C, 모넬이있는 동안 400 (Ni-CU 합금) 1300–1350 ° C에서 녹습니다, 부식 저항을 유지하면서 캐스팅 온도가 낮을 수 있습니다.
• 단조: 뜨거운 단조가 발생합니다 75금속 용융점의 –85% (니켈의 경우 ≈1100–1250 ° C),
  액화없이 금속을 부드럽게합니다, 터빈 블레이드 및 구조 프레임과 같은 구성 요소에 중요한.
• 용접: 니켈 기반 합금은 다음과 같은 공정을 사용하여 용접됩니다 TIG 또는 레이저 용접.
  아크 온도는 녹는 점을 훨씬 초과합니다, 그만큼 열 영향 구역 (위험요소) 국부 용융을 피하기 위해 신중하게 관리해야합니다, 열분해, 또는 미세 구조 분해.

고온 응용

• 항공 우주: 니켈 슈퍼 합금 (예를 들어, Inconel 718, Inconel 625) 제트 엔진 연소실에서 사용됩니다,
  작동하는 1200–1300 ° C- 용융 범위 아래로 well, 그러나 우수한 열 안정성과 크리프 저항이있는 재료가 필요합니다..
• 에너지와 발전: 가스 터빈 성분 및 핵 등급 니켈 도금 강이 작동합니다 600–1200 ° C, 정확한 열 및 기계적 특성을 요구합니다.
• 전자 장치: 순수한 니켈은 그로 인해 열전대 및 고온 센서에 사용됩니다. 잘 특성화 된 용융점, 신뢰할 수있는 판독 값을 보장합니다 1400 ° C.

8. 엔지니어를위한 빠른 참조 데이터

9. 결론

니켈 융점, 일반적으로 인용 1455초 구문 니켈의 경우 ° C, 추출에 영향을 미치는 중요한 매개 변수입니다, 정제, 합금, 산업 응용 분야.

순도의 변화, 불순물, 합금 요소는이 값을 크게 바꿀 수 있습니다, 상업용 니켈 등급 및 합금에서 광범위한 녹는 거동 만들기.

엔지니어와 야금 학자들이 최적화하는 데 이러한 요소를 이해하는 것이 필수적입니다. 주조, 단조, 용접, 고온 성능.

게다가, 니켈의 특수 합금을 형성하는 능력-Monel과 같은 저하의 공학적 분야에서 400 고온 슈퍼 합금으로
Inconel 및 Ni-W와 같은 유틸리티는 유용성을 확장시킵니다 항공우주, 에너지, 화학적인, 전자 산업.

FAQ

니켈 용융점은 압력에 따라 변합니다?

예, 그러나 산업 조건에서 최소한으로. ~에 1 ATM (표준 압력), 니켈은 1455 ℃에서 용융된다; ~에 100 ATM, 용융점은 ~ 5 ° C 만 증가합니다 (~ 1460 ° C까지). 이 효과는 대부분의 응용 프로그램에서 무시할 수 있습니다.

니켈 슈퍼 합금이 순수한 니켈보다 녹는 범위가 낮지 만 고온 성능이 향상되는 이유?

슈퍼 합금 (예를 들어, Inconel 625) 안정적인 금속 간 위상을 형성하는 크롬 및 몰리브덴과 같은 요소가 포함되어 있습니다. (예를 들어, γ '단계) 고온에서.

이 단계는 입자 경계 슬라이딩을 방지합니다 (살금살금 기다), 합금의 용융 범위가 순수한 니켈보다 낮더라도.

니켈 융점을 사용하여 순도를 식별 할 수 있습니까??

예. DSC를 통해 융점을 측정하고 1455 ° C 표준과 비교하는 것은 순도를 추정하는 간단한 방법입니다..

더 낮은 융점은 더 높은 불순물 함량을 나타냅니다 (예를 들어, 1430° C는 ~ 0.5% 총 불순물을 시사합니다).

니켈이 장기간 융점 이상으로 가열되면 어떻게됩니까??

니켈은 액체로 유지되지만 공기 중에 산화 될 수 있습니다 (산화 니켈 형성, 니오, 1955 ° C가 훨씬 높은 용융점을 갖습니다).

비활성 대기에서 (예를 들어, 아르곤), 액체 니켈은 안정적이며 분해없이 주조를 위해 1500-1600 ° C에서 유지할 수 있습니다..

1600 ° C 이상의 용융점이있는 니켈 합금이 있습니까??

예. 니켈 텅스텐 합금 (예를 들어, 70% ~ 안에, 30% w) 용융점 ~ 1650 ° C가 있습니다, 니켈-레늄 합금 (예를 들어, 80% ~ 안에, 20% 답장) ~ 1700 ° C에서 녹입니다.

이들은 로켓 노즐과 같은 전문 고온 응용 분야에서 사용됩니다..