Stop aluminium z niklem 4. Stop aluminium na bazie niklu

Stop międzymetaliczny na bazie niklu i aluminium zawiera głównie fazę binarną NiAl, a dodatkowo chrom i tantal o łącznej zawartości do 12 at. %. Opcjonalnie stop może ponadto zawierać co najmniej jeden pierwiastek z grupy składającej się z żelaza, molibdenu, wolframu, niobu i hafnu w odpowiedniej proporcji do 1% at. i łącznie nie więcej niż 3% at. Stop stosowany jest jako materiał do wytwarzania wyrobów o wytrzymałości na rozciąganie 0,2% w temperaturze pokojowej powyżej 600 MPa, w temperaturze 800°C - powyżej 200 MPa i w temperaturze 1000°C - powyżej 90 MPa, lepkość K do mniej niż 7 MPa/m, odporność na utlenianie rzędu 510 -14 g 2 cm -4 s i dobra odporność na szok termiczny. 10 pensji, 5 tab.

Wynalazek dotyczy stopu międzymetalicznego na bazie niklu i aluminium, który zawiera fazę binarną NiAl. Wynalazek dotyczy ponadto zastosowania stopu międzymetalicznego na bazie niklu i aluminium. Taki międzymetaliczny stop niklowo-aluminiowy wynika z artykułu „Stopy NiAl do zastosowań strukturalnych w wysokich temperaturach”, Journal of Metals, marzec 1991, s. 44, itd. W DE-AS 18 12 144 opisano sposób wytwarzania materiału niklowo-aluminiowego o wysokiej wytrzymałości i dobrej odporności na utlenianie. W tej metodzie proszek niklu i proszek aluminium miesza się, a następnie prasuje i formuje na zimno, w wyniku czego otrzymuje się samonośny i blokujący się wyrób formowany o strukturze włóknistej lub warstwowej. Udział niklu wynosi co najmniej 80%, a aluminium maksymalnie 20%. Połączony ze sobą wyrób poddawany jest następnie sukcesywnemu odkształcaniu na gorąco w odpowiednio podwyższonych temperaturach. Oprócz stałego roztworu aluminium w niklu pojawia się w tym przypadku dodatkowo związek Ni 3 Al. Ten stały roztwór, jak również związek Ni3Al, można wykryć za pomocą analizy rentgenowskiej. Z tego opublikowanego zgłoszenia nie wynika, w jakim stopniu można otrzymać tą metodą inne związki niklu i aluminium. Wynalazek opiera się na zadaniu ulepszenia właściwości termomechanicznych stopu niklowo-aluminiowego. Należą do nich przede wszystkim odporność na ciepło, odporność na utlenianie i odporność na szok termiczny. Kolejnym celem wynalazku jest wskazanie zastosowania takiego ulepszonego stopu niklowo-aluminiowego. Aby rozwiązać ten problem, określono stop międzymetaliczny na bazie niklu i aluminium, który zawiera głównie fazę binarną NIAI, a także dodatkowo chrom i tantal, przy czym chrom i tantal występują w łącznym udziale do 12% at. i który ewentualnie zawiera dodatkowo co najmniej jeden pierwiastek z grupy odpowiednio żelaza, molibdenu, wolframu, niobu i hafnu, w udziale do 1% at., łącznie jednak nie więcej niż 3% at. Udział fazy binarnej NiAl korzystnie wynosi od 70 do 95% at., w szczególności od 85 do 90% at. Korzystne zakresy zawartości tantalu lub chromu wynoszą 0,3 do 3,8% at. lub 1,0 do 9,0% at. W tych zakresach korzystnie stosuje się ciśnienie od 0,3 do 0,9 atm. tantalu i 1,0 do 3,0% at. chromu lub odpowiednio 1,7 do 3,0% at. tantalu i 6,0 do 9,0% at. chromu. Stosunek tantalu do chromu wynosi korzystnie 1:3 lub mniej. Przy tym stosunku stężenie pierwiastków zastępczych w NiAl osiąga maksimum. W wyniku dodatku tantalu i chromu w międzymetalicznym stopie na bazie niklu i aluminium, na granicach ziaren fazy binarnej NiAl pojawiają się osady gruboziarnistej wielokrotnej fazy Lavesa, w której mogą uczestniczyć pierwiastki Ni, Al, Cr i Ta . Dodatkowo wewnątrz ziaren NiAl występują osady drobnoziarnistej fazy Lavesa oraz chromu. W tym przypadku wolą, aby struktura składała się z 5 do 11 tomów. % fazy Lavesa, 3 do 10% obj. opadów w NiAl, jak również pozostała część NiAl. Szczególnie korzystna jest struktura zawierająca około 11% obj. fazy Lavesa na granicach ziaren i około 10% obj. wydzieleń w NiAl, a także NiAl jako pozostałość. Dalszą poprawę niektórych właściwości uzyskuje się, jeśli stop zawiera dodatkowo co najmniej jeden pierwiastek z grupy żelazo, molibden, wolfram i hafn w ilościach odpowiednio do 1% at., ale łącznie nie więcej niż 3% at. Stop może również zawierać pozostałości pierwiastków, takich jak tlen, azot i siarka, a także zanieczyszczenia spowodowane produkcją. Dodając tantal i chrom w określonych zakresach zawartości, powstają wspomniane już grubo lub odpowiednio drobnoziarniste fazy wielokrotne Lavesa i chromu. Osady te można zwykle znaleźć w punktach klinowych (punktach styku ziaren) różnych ziaren NiAl. Większe ilości tantalu lub pierwiastków stopowych chromu niż podane mogą prowadzić do niepożądanego wzrostu ilości opadów. Jeśli udział objętościowy fazy Lavesa zbytnio wzrośnie, pojawi się struktura komórkowa, w której faza Lavesa przejmuje funkcję matrycy. Zbyt duża ilość fazy Lavesa w strukturze powoduje, że stop międzymetaliczny jest kruchy i trudny w obróbce. Dodając jeden lub więcej pierwiastków z grupy odpowiednio żelazo, molibden, wolfram, niob i hafn, do 1 at. %, łącznie jednak nie więcej niż 3% at., można osiągnąć wzrost wytrzymałości pod krótkotrwałym obciążeniem. Jednakże odporność na pełzanie jest zmniejszona. Dzięki dodatkowi hafnu po pierwszej korozji uzyskuje się lepszą przyczepność warstwy tlenkowej. Problem stosowania stopu rozwiązano według wynalazku poprzez zastosowanie stopu na bazie NiAl do wytwarzania części turbin gazowych, w szczególności części poddawanych obciążeniom wysokotemperaturowym, takich jak łopatki turbin gazowych. Część turbiny gazowej wykonana ze stopu bazowego, w szczególności łopatka turbiny, ze względu na wysoką odporność na utlenianie, szczególnie nadaje się do długotrwałej pracy w wysokich temperaturach, na przykład powyżej 1100 o C, w szczególności w 1350 o C. W zależności od wymagań w przypadku takiej części, natomiast w przypadku nadstopów można zrezygnować z dodatkowej powłoki z warstwami ochronnymi. Wytworzona w ten sposób łopatka turbiny, składająca się z jednego stopu bez nałożonych dodatkowo warstw, jest znacznie łatwiejsza w produkcji i w porównaniu do łopatek turbin składających się z kilku warstw, pozbawiona jest problemów związanych z łączeniem poszczególnych warstw. Międzymetaliczny stop niklowo-aluminiowy ogólnie nadaje się również jako materiał do produkcji przedmiotów, które muszą mieć wysoką wytrzymałość, wysoką odporność na ciepło, dobrą wytrzymałość, dobrą odporność na utlenianie i dobrą odporność na szok termiczny. W tym przypadku wytrzymałość wynosi 0,2% wytrzymałości na rozciąganie w temperaturze pokojowej powyżej 600 MPa. Opór cieplny przy wytrzymałości na rozciąganie 0,2% wynosi powyżej 200 MPa w 800 o C i powyżej 90 MPa w 1000 o C. Lepkość wynosi co najmniej 7 MPa/m, a odporność na utlenianie jest rzędu 510 -14 g 2 cm -4 s. Na podstawie poniższych przykładów bardziej szczegółowo wyjaśniono międzymetaliczny stop niklowo-aluminiowy. Skład (w %) badanych stopów podano w poniższej tabeli 1. Wykonanie struktury, czyli wielkość ziaren, rozkład opadów oraz wielkość opadów są w dużym stopniu zależne od procesu produkcyjnego. Poprzez obróbkę termodynamiczną, prasowanie profili (SP) lub zastosowanie metody wytwarzania metodą metalurgii proszków (PM) rozkład cząstek faz Lavesa jest homogenizowany. Ponadto właściwości mechaniczne stopów w dużym stopniu zależą od wybranego procesu produkcyjnego. Można prześledzić następujące ścieżki technologiczne tych stopów: - krzepnięcie kierunkowe jako możliwość uzyskania konstrukcji o małych wadach wynikających z technologii odlewania. Parametry procesu odpowiadają parametrom dla nadstopów (por. U. Paul, VDI-Fortschrittbericht Nr 264, wydawnictwo VDI), - metalurgia proszków: poprzez atomizację w gazie obojętnym przez dysze i późniejsze prasowanie izostatyczne na gorąco w temperaturze 1250 o C, - prasowanie profili w celu ujednolicenia struktury i regulacji określonych wielkości średnic ziaren w temperaturze 1250 o C, - prasowanie na gorąco w wieloosiowym stanie naprężenia i 1100 o C. Próbki utwardzane kierunkowo mają wyraźnie wyższą wytrzymałość, natomiast materiał uzyskany poprzez prasowanie profilowe ma obniżoną lub bardzo niską wytrzymałość. Poniższa tabela 2 pokazuje wytrzymałość na rozciąganie 0,2% w badaniu ciśnieniowym dla różnych stopów, a także dla NIAI. Odporność na pełzanie (w MPa) badanych stopów w próbie ciśnieniowej (wtórna wytrzymałość na pełzanie w stanie ustalonym w funkcji szybkości rozciągania [w 1/s] w temperaturze 1000 o C i 1100 o C przedstawiono w tabeli 3. Odporność na pełzanie tych stopów jest wyższa niż odporność na pełzanie porównywalnych faz międzymetalicznych, na przykład wyższa niż odporność na pełzanie binarnych stopów NiAl lub odpowiednio NiAI-Cr. Tabela 4a przedstawia porównanie wytrzymałości na rozciąganie (w MPa) przy ciśnieniu konwencjonalny nadstop, binarny stop NiAl i stop NiAl-Ta-Cr pod względem wytrzymałości na rozciąganie 0,2%, stop według wynalazku jest lepszy w temperaturach powyżej 1000 o C. Porównanie odporności na pełzanie w stanie ustalonym w temperaturze 10 -7 1. /s (w MPa) w próbie ciśnieniowej nadstopu, binarnego stopu NiAl i opracowanego stopu NiAI-Ta-Cr przedstawiono w poniższej tabeli 4b: Tutaj skrót n.o oznacza, że wartość nie została określona. W porównaniu do konwencjonalnych superstopów, stop NiAl-Ta-Cr ma tę zaletę, że ma wystarczającą wytrzymałość również powyżej 1050 o C - 1100 o C. W stopie tym nie następuje gwałtowny spadek wytrzymałości, co można wytłumaczyć rozkładem fazy wzmocnionej. Tabela 5 przedstawia porównanie wartości K IC różnych materiałów ceramicznych znanych z danych przemysłowych, a także stopu metalurgii proszków NiAI-Ta-Cr. Wytrzymałość stopu międzymetalicznego na bazie NiAl jest znacznie lepsza niż dane zmierzone dla binarnego NiAl i SiC. Stop ma dobrą odporność na utlenianie rzędu 510 -14 g 2 cm -4 s, co jest zatem równe lub nawet lepsze niż odporność na utlenianie binarnego NiAl. Dlatego w przeciwieństwie do nadstopu w wysokich temperaturach nie są potrzebne żadne warstwy ochronne, na przykład wykonane z materiału ceramicznego. Eliminuje to problem połączeń pomiędzy elementami ceramicznymi i metalowymi. Występuje również wystarczająca odporność na szok termiczny. W temperaturze 1350 o C stop osiąga 500 cykli temperaturowych bez uszkodzenia materiału.

Prawo

1. Stop międzymetaliczny na bazie niklu i aluminium, zawierający głównie fazę binarną NiAl oraz dodatkowo chrom i tantal, przy czym łączny udział chromu i tantalu wynosi do 12% at. oraz opcjonalnie co najmniej jeden pierwiastek dodatkowy wybrany spośród grupa zawierająca żelazo, molibden, wolfram, niob i hafn w odpowiednich proporcjach do 1% at. i łącznie nie więcej niż 3% at. 2. Stop według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera 70 - 95% at. fazy binarnej NiAl, w szczególności 85 - 90% at. 3. Stop według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera 0,3 - 3,8% at. tantalu i 1,0 - 9,0% at. chromu. 4. Stop według zastrzeżenia 3, znamienny tym, że zawiera 0,3 - 0,9% at. tantalu i 1,0 - 3,0% at. chromu. 5. Stop według zastrzeżenia 3, znamienny tym, że zawiera 1,7 - 3,0% at. tantalu i 6,0 - 9,0% at. chromu. 6. Stop według któregokolwiek z poprzednich akapitów, znamienny tym, że zawiera tantal i chrom w stosunku 1:3 lub mniejszym. 7. Stop według dowolnego z poprzednich akapitów, znamienny tym, że na co najmniej niektórych granicach ziaren NiAl występują osady gruboziarnistej fazy Lavesa, a wewnątrz co najmniej niektórych ziaren niklowo-aluminiowych osady drobnoziarnistej fazy Lavesa faza i chrom. 8. Stop według zastrzeżenia 7, znamienny tym, że jego struktura zawiera 5 - 11 obj. % wytrącania gruboziarnistej fazy Lavesa na granicach ziaren i 3 - 10% obj. wytrącania drobnoziarnistej fazy Lavesa i -chromu w NiAl. 9. Stop według zastrzeżenia 8, znamienny tym, że jego struktura zawiera około 11 obj. % opadów fazy Lavesa na granicach ziaren i około 10% opadów w fazie binarnej NiAl. 10. Stop według któregokolwiek z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że stosuje się go jako materiał do wytwarzania części turbin gazowych, takich jak łopatki wirnika turbiny gazowej i łopatki kierujące turbiny gazowej. 11. Stop według któregokolwiek z poprzednich akapitów, znamienny tym, że stosuje się go jako materiał do wytwarzania wyrobów o wytrzymałości na rozciąganie 0,2% w temperaturze pokojowej powyżej 600 MPa, w temperaturze 800 o C - powyżej 200 MPa i przy 1000 o C - powyżej 90 MPa, lepkość K do co najmniej 7 MPa/m, odporność na utlenianie rzędu 5 10 -14 g 2 cm -4 s oraz dobra odporność na szok termiczny.

Podobne patenty:

Wynalazek dotyczy metalurgii stopów, a mianowicie wytwarzania żaroodpornych stopów na bazie niklu, stosowanych do wytwarzania części, takich jak łopatki turbin gazowych, pracujących przez długi czas w wysokich temperaturach (1000-1100°C) przy użyciu krystalizacja kierunkowa i metody odlewania monokryształów.

Wynalazek dotyczy sposobów obróbki cieplnej nadstopów na bazie niklu o następującym składzie chemicznym,% wag.: Cr 11-13, Co 8-17, Mo 6-8, Ti 4-5, Al 4-5, Nb 1,5 , Hf 1 , C, B, Zr każdy 510-4, Ni - reszta do 100, lub Cr 12-15, Co 14,5-15,5, Mo 2-4,5, W 4,5, Al 2,5-4, Ti 4-6 , Hf 0,5, C 110-4-310-4, B 110-4-510-4, Zr 210-4-710-4, Ni - reszta do 100

Dopuszczalne styki metalowe zgodnie z GOST 9.005-72

Każdy elektryk wie, że przewodów miedzianych i aluminiowych nie należy skręcać ze sobą. Miedziana szyna uziemiająca lub stojak z mosiężnej płyty nie pasują dobrze do ocynkowanych śrub zakupionych w najbliższym sklepie z narzędziami - korozja może zniszczyć styk elektryczny. Goła część aluminiowa może stopniowo zamieniać się w pył, jeśli zostanie do niej przyłożone nawet niskie napięcie.

Prawie wszystko na temat dopuszczalnych kontaktów metal-metal zostało napisane w sowieckich GOST, ale teraz szukanie informacji o połączeniach w starych dokumentach może być bardzo niewygodne. Habrausera @teleghost zebrał wszystkie dane w jednej tabeli.

Litera „A” oznacza „ograniczone dopuszczalne w warunkach atmosferycznych”. Definicja tego pojęcia z GOST znajduje się pod spoilerem.

Styki te można stosować w wyrobach, których cechy konstrukcyjne i warunki pracy umożliwiają okresową wymianę zabezpieczenia powierzchni stykowych poprzez nałożenie smarów roboczych lub konserwacyjnych, powłok malarskich lub pod warunkiem, że uszkodzenia korozyjne materiałów stykowych są akceptowalne w wyznaczonym okresie użytkowania produktu.

Kilka słów o metalach.

Cink Stal- główny koń pociągowy gospodarki narodowej. W postaci różnego rodzaju okuć „cynkowanie” spotyka się w sklepach z materiałami budowlanymi znacznie częściej niż na przykład stal nierdzewną. Fabryczne obudowy komputerów PC, skrzynki technologiczne i szafy na sprzęt wykonywane są najczęściej ze stali ocynkowanej walcowanej na zimno o grubości około 1 mm.

Stal nierdzewna- królowa stali: mocna, plastyczna, odporna na korozję, przewodząca prąd, świetnie wygląda. Zbyt ciasne, aby je ciąć i zginać w domu na skalę przemysłową. Stale nierdzewne chromowe i chromowo-niklowe są elektrycznie słabo kompatybilne z cynkiem i „gołą” stalą, ale zapewniają niezawodny kontakt z miedzią bez pomocy cyny. Aluminium oraz azotowana, utleniona i fosforanowana stal niskostopowa mają ograniczoną kompatybilność w standardowych warunkach atmosferycznych. Stal nierdzewna klasy A2 nie jest „magnetyczna”, ale istnieją również stale nierdzewne o właściwościach magnetycznych. Właściwości magnetyczne nie wpływają na odporność stali nierdzewnej na korozję.

Aluminium i jego stopy są anodowane (z warstwą ochronną) i konwencjonalne (nieanodowane). Aluminium jest łatwe w obróbce w warunkach domowych, trzeba jednak liczyć się z korozją. Nie używaj gołego aluminium jako przewodnika, nawet przy niskim napięciu, w przeciwnym razie prąd powoli zamieni część w pył. Wykazano, że części aluminiowe i duraluminiowe obrabiane w warsztacie są w pełni ekwipotencjalne (prądy indukowane polem wydają się być w porządku, można je również uziemić). Aluminium jest kompatybilne z powłoką cynkową, jednak kontakt z miedzią, gołą lub niklowaną stalą wymaga zastosowania cynowej „przekładki”. Kontakt aluminium ze stalą nierdzewną w warunkach atmosferycznych jest dozwolony w ograniczonym zakresie. Dla uproszczenia możemy założyć, że aluminium w kontakcie z innymi metalami i powłokami będzie korodować samoczynnie, bez pomocy zewnętrznego prądu elektrycznego.

Miedź jest miękki i dość nieapetycznie utlenia się na powietrzu, dlatego wyroby miedziane zamykane są w hermetycznie zamkniętej obudowie lub lakierowane. Mosiężne tabliczki na pasy żołnierskie i stojaki na elektroniczne płytki drukowane są lepiej odporne na utlenianie i wyglądają bardziej apetycznie niż zielona miedź, zwłaszcza jeśli są okresowo polerowane (mowa oczywiście o tabliczkach). Jednocześnie ani miedź, ani jej stop z cynkiem (mosiądzem) nie jest „przyjazny” czystemu cynkowi i jego powłokom. Ale miedź łączy się z chromem, niklem i stalą nierdzewną. A jeśli trzymasz w rękach jakikolwiek terminal, to prawdopodobnie jest on wykonany z cynowanej (cynowanej) miedzi.

Cyna stosunkowo odporny na korozję (w warunkach pokojowych) i kompatybilny elektrycznie z prawie wszystkim z wyjątkiem żeliwa, stali niskostopowych i węglowych oraz magnezu. Nie należy lutować cyny i berylu; należy zachować ostrożność podczas montażu domowego reaktora jądrowego. Cyna służy do zamiany niedopuszczalnego styku elektrycznego na akceptowalny, tj. jako „uszczelka”. Doskonałym przykładem są zaciski z cynowanej miedzi.

Cyny nie należy używać w niskich temperaturach – tzw. cyna znana jest już od ubiegłego wieku. „dżuma cynowa” – polimorficzna transformacja tzw. „białej cyny” na „szarą” (b-Sn → a-Sn), w której metal kruszy się na szary proszek. Przyczyną zniszczenia jest gwałtowny wzrost objętości właściwej metalu (gęstość b-Sn jest większa niż a-Sn). Przejście jest ułatwione przez kontakt cyny z cząsteczkami a-Sn i rozprzestrzenia się jak „choroba”. Plaga cyny rozprzestrzenia się najszybciej w temperaturze -33°C; ołów i wiele innych zanieczyszczeń opóźniają go. W wyniku zniszczenia cynowanych zbiorników na paliwo ciekłe przez „dżumę” w 1912 r. wyprawa R. Scotta na Biegun Południowy zginęła.

Nikiel pokryte błyszczącymi „komputerowymi” śrubkami. Powłoka ta jest kompatybilna z miedzią i brązem, mosiądzem, cyną, chromem i stalą nierdzewną. Nikiel jest niekompatybilny z cynkiem i aluminium (w przypadku aluminium lepszy jest kontakt ze stalą nierdzewną, patrz poniżej).

Cechy agresywności korozyjnej niemetali. Załącznik 3b do GOST 9.005-72:

Agresywność korozyjna materiałów organicznych jest zdeterminowana aktywnością uwolnionych produktów starzenia.
- O agresywności korozyjnej fenoplasty, aminoplastów, tworzyw piankowych i klejów formaldehydowych decyduje uwalnianie formaldehydu i możliwość jego utlenienia do kwasu mrówkowego i heksaminy, które mogą być źródłem amoniaku.
- O agresywności korozyjnej materiałów drzewnych decyduje uwalnianie roztworów kwasów octowego i mrówkowego.
- O agresywności korozyjnej materiałów epoksydowych decyduje obecność w nich wolnego chloru i chlorowodoru, kwasów karboksylowych i dikarboksylowych.
- O agresywności korozyjnej wyrobów gumowych decyduje zawartość siarki i jej związków, związków wodoru z halogenkami oraz związków organicznych o właściwościach utleniających.
Materiały polimerowe otrzymane w wyniku reakcji kondensacji (epoksydy, poliester itp.) wykazują największą korozję w okresie utwardzania. Nie zaleca się prowadzenia procesu utwardzania w zamkniętych przestrzeniach konstrukcji.
Napromienianie niemetalu promieniowaniem jonizującym (ultrafioletem, promieniowaniem gamma itp.) może zwiększyć jego korozyjność.
Agresywność korozyjna niemetalu znajdującego się w bezpośrednim kontakcie z metalem zależy od jego przepuszczalności wody i tlenu. Wartości przepuszczalności wody i tlenu dla szeregu niemetali podano w tabelach 4 i 5.

Pierwsze trzy były głównymi metalami monetarnymi, chociaż od czasów starożytnych podejmowano kilka prób wykorzystania innych metali do produkcji monet. W starożytnym Bizancjum, w średniowiecznych Chinach i Japonii używano monet żelaznych. W ostatnich latach Republiki Rzymskiej, w Chinach IX-X w. Monety wykonane z ołowiu znajdują się w Eki, a na wyspach Sycylia, Jawa, Borneo i Sumatra - wykonane z cyny. W starożytnej Baktrii monety wytwarzano z niemal nowoczesnego stopu miedzi i niklu zawierającego 20% niklu; skład ten odpowiadał naturalnym złożom rudy, z której wytapiano metal.

Pod koniec XIX wieku do trzech głównych metali monetarnych dodano czwarty metal, nikiel. Metal ten odkrył w 1751 roku szwedzki mineralog Axel Frederik Kronstedt (1722-1765). Zbadał czerwonobrązową rudę. Swoim kolorem przypomina miedź, a gdy średniowieczni niemieccy górnicy nie potrafili wytopić metalu z tej rudy, nazywali ją „kupfernickel”, czyli „diabelską miedzią” (z niem. Kupfera- miedź i Nikiel- zły duch górski lub gnom). Nawiasem mówiąc, kiedyś po rosyjsku (na przykład w „Podstawach chemii” Mendelejewa) napisali „nikkel” zgodnie z niemieckim szablonem. Kanada jest jednym z wiodących na świecie krajów wydobywczych niklu. A w 1951 roku, z okazji 200. rocznicy odkrycia tego ważnego dla kraju metalu, w Kanadzie wyemitowano pięciocentową monetę niklową. Ryż. 1. Moneta pięciocentowa niklu (Kanada) W Stanach Zjednoczonych monety pięciocentowe są tradycyjnie nazywane „niklami”, chociaż w rzeczywistości są bite ze stopu miedzi i niklu, który zawiera tylko 25% niklu (ryc. 2) . Ale już 15% niklu całkowicie maskuje kolor miedzi w stopie, czyniąc go czystą bielą. Pierwsze monety miedziano-niklowe w Stanach Zjednoczonych miały inny nominał – trzy centy; zastąpiły wcześniejsze srebrne monety trzycentowe i były bite od 1865 do 1889. Co ciekawe, 8 października 1942 roku w obiegu w Stanach Zjednoczonych pojawiły się „nikle bezniklowe” – zawierały 56% miedzi, 9% manganu i… 35% srebra! Powód jest prosty: pod koniec 1941 roku Stany Zjednoczone przystąpiły do II wojny światowej, a wojsko potrzebowało dużych ilości niklu do produkcji stalowych zbroi. Monety takie bito do 1945 roku. Ile niklu można było zaoszczędzić? Tylko w 1941 roku wybito 300 152 000 monet pięciocentowych o wadze 5 g każda i łącznej masie 1500,76 ton, z czego czysty nikiel stanowił ponad 375 ton, co pozwoliło wyprodukować prawie 10 tysięcy ton zbroi Kruppa!

Ryż. 3. Trzy centy Monety ze stopu miedzi i niklu zostały po raz pierwszy wybite w Szwajcarii w 1850 roku.

A z niklu - w monarchii austro-węgierskiej od 1892 r. (10 i 20 hellerów). Monety wykonane z prawie czystego (99%) niklu bito we Włoszech w latach 1923-1943 (dwa liry), a monety o nominałach jednego lira 50, 25 i 20 centesimo zawierały w różnych latach 97,5% niklu. W XX wieku monety niklowe bito w wielu krajach - Belgii, Francji, Szwajcarii, Niemczech, Węgrzech, Luksemburgu, Holandii itp.

Ryż. 5. Jedna lira 1922 W Imperium Rosyjskim słynny fizyk, który odkrył galwanizację, akademik Boris Jacobi, zalecał bicie monety niklowej. Reprezentował Rosję w międzynarodowej komisji mającej na celu opracowanie wspólnych jednostek miar, wag i monet. Na jego prośbę w 1871 roku w Mennicy Brukselskiej wybito próbne próbki proponowanych monet. Ministerstwo Finansów odrzuciło jednak tę propozycję, a także kolejne, płynące z Anglii, Francji i Niemiec. Na początku XX wieku w Rosji odkryto bogate rudy niklu, a propozycja rozpoczęcia bicia monet niklowych przyszła w 1911 roku, obecnie z mennicy petersburskiej. Ale wojna, która się rozpoczęła, wkrótce pogrzebała także i tę inicjatywę. Monety ze stopu miedzi i niklu zaczęto bić w ZSRR dopiero w 1931 roku. Skład stopu zmienił się wraz z przeprojektowaniem monet radzieckich w 1961 roku. I tak analiza stopu monety 20 kopiejek z 1978 r. wykazała, że zawiera ona 52,77% miedzi, 31,72% cynku, 11,40% niklu, 3,85% manganu i 0,26% żelaza.

Ryż. 6. Monety niklowe próbne z 1871 r

Ryż. 8. Dwadzieścia kopiejek 1931 Monety aluminiowe są bardzo lekkie, tanie i dobrze wyglądają, ale tylko wtedy, gdy są nowe. Miękkie aluminium szybko się zużywa, łatwo ulega korozji, a monety stają się dość nieestetyczne. Monety aluminiowe były bite (a w niektórych miejscach nadal są bite) w NRD, Polsce, Czechosłowacji, Albanii, Węgrzech, Mongolii, Austrii i wielu innych krajach.
Ryż. 9. Po prawej stronie moneta aluminiowa nieobiegowa (Kuba, pięć centavos, 1971), po lewej stronie skorodowana moneta aluminiowa (Francja, dwa franki, 1943). Niezwykła historia wydarzyła się z włoskimi monetami aluminiowymi. (Ściśle mówiąc, zostały wybite nie z czystego aluminium, ale ze stopu Italma- z „Włoch”, „aluminium” i „magnezu”, ale stop ten zawiera 96,2% aluminium i tylko 3,5% magnezu i 0,3% manganu.) Z tego właśnie miejsca w powojennej Republice Włoskiej bito monety o najmniejszych nominałach : 1, 2, 5 i 10 lirów. Jak wspomniano w pierwszym artykule o monetach wykonanych ze złota, srebra i miedzi, cena metalu zawartego w monecie odpowiadała kiedyś wartości nominalnej. Znane jest tzw. niszczenie monet, gdy władcy złośliwie obniżyli standard kruszcu szlachetnego. Ale historia zna też dokładnie odwrotne przypadki, gdy wartość metalu przewyższała wartość nominalną monety. Z reguły wynika to z inflacji i powolności urzędników, którzy nie przestają bić monet w odpowiednim czasie, jak mówią, ze stratą. We Włoszech w latach 70. XX wieku panował dotkliwy niedobór monet drobnej – najmniejsze nominały niemal zniknęły z obiegu. Okazało się, że niektóre firmy skupowały te tanie monety, których metal był wart więcej niż nominał, i wykorzystywały je do różnych celów, na przykład jako podstawa do guzików – było to tańsze niż stemplowanie kubków z nawet niedrogiego aluminium . W rezultacie rząd włoski podjął pilne działania mające na celu masowe bicie małych monet. Jeśli więc w 1970 r. wybito 3,1 miliona monet pięciolitrowych, to w 1972 r. - już 16,4 mln, a w 1973 r. - 28,8 mln! I chociaż w 1976 roku lira była warta zaledwie 0,0012 dolara amerykańskiego, czyli nie można było za nią nic kupić, masowe bicie małych monet trwało niemal do momentu przejścia na euro w 2002 roku. Jakby na żarty, na monecie jednolirowej przedstawiono róg obfitości. Gwoli ścisłości trzeba powiedzieć, że obieg monet aluminiowych na przełomie XX i XXI w. był oczywiście skromny. I tak w 2001 roku wybito zaledwie 110 tysięcy monet pięciolirowych, ale nie do obiegu, ale dla kolekcjonerów - o podwyższonej jakości.

Ilia Leenson,
Doktorat chemia Nauk ścisłych, profesor nadzwyczajny, Wyższa Szkoła Chemiczna Rosyjskiej Akademii Nauk

1 Streszczenie 2

2 Wprowadzenie 3

3 Charakterystyka części 4

4 Wybór metody niklowania 5

4.2 Metoda elektrolityczna 5

4.2 Metoda chemiczna 5

5 Wymagania dotyczące powłoki i doboru jej grubości 6

6 Wybór realizacji procesu technologicznego 7

7 Teoria procesu niklowania bezprądowego 8

8 Wybór rozwiązania 10

9 Wybór podstawowych operacji technicznych 12

9.1 Odtłuszczanie chemiczne 12

9.2 Odtłuszczanie elektrochemiczne 13

9.3 Trawienie 13

9.4 Rozjaśnienie 14

9.6 Niklowanie bezprądowe 14

9.7 Płukanie 14

10 Schemat procesu 16

11 Skład roztworów i sposoby ich działania 17

12.1 Obliczanie wymiarów wisiorków i wanien chemicznych

niklowanie 19

12.2 Obliczanie funduszy czasu pracy sprzętu 21

12.3 Roczna wielkość produkcji jednej kąpieli środka chemicznego

niklowanie 22

12.4 Zużycie środków chemicznych 22

12.5 Dopasowanie rozwiązań 24

12.6 Zużycie wody 28

12.7 Zużycie wody do prania 30

13 Referencje 33

2. Wstęp

Z każdym rokiem wzrasta wykorzystanie stopów aluminium do produkcji części maszyn, co wynika z szeregu specyficznych właściwości aluminium (lekkość, plastyczność przy tłoczeniu, odporność na korozję (w powietrzu aluminium natychmiast pokrywa się trwałą powłoką Al 2 O 3, co zapobiega jego dalszemu utlenianiu), wysoka przewodność cieplna, nietoksyczność jego związków Ale aluminium ma znaczącą wadę - niską twardość (100-150 MPa), w wyniku czego powierzchnia części szybko ulega tarciu. zużywa się. Dlatego utwardzanie powierzchni części wykonanych ze stopów aluminium poprzez nałożenie twardszej warstwy innego metalu ma ogromne znaczenie praktyczne. W tym względzie powłoka niklowa, która charakteryzuje się dużą twardością i przyczepnością do podłoża, jest bardzo praktyczna zainteresowanie, szczególnie po obróbce cieplnej.

Powłoki niklowe znajdują zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu zarówno jako podwarstwa, jak i samodzielnie w celach ochronnych, dekoracyjnych i specjalnych. Charakteryzują się twardością, znaczną odpornością na korozję i dobrym współczynnikiem odbicia światła (58 - 62%), opornością elektryczną 8,3-10 -2 Ohm m.

Powłoki niklowe stosowane są w przemyśle do ochronnego, dekoracyjnego i dekoracyjnego wykańczania wyrobów oraz części maszyn, aparatów i przyrządów; do ochrony przed korozją w podwyższonych temperaturach i w środowiskach specjalnych (zasady, niektóre kwasy), jako podwarstwa pośrednia pod nakładanie innych powłok na stal w celu zapewnienia silnej przyczepności powłok do podłoża, w celu zwiększenia odporności na zużycie powierzchni trących.

Obecnie stosuje się dwie metody nakładania powłok niklowych: elektrochemiczną i chemiczną. Tylko za pomocą niklowania chemicznego możliwe jest uzyskanie powłoki na skomplikowanych profilowanych częściach. Wprowadzając nieorganiczne dodatki zawierające fosfor i bor, można regulować twardość powstałej powłoki, co jest istotne w przypadku części wykonanych ze stopów aluminium. Należy wziąć pod uwagę, że powłoki uzyskane metodą niklowania chemicznego charakteryzują się dużą odpornością na korozję.

3 Charakterystyka części

Jako część do powlekania wybrano korpus urządzenia radioelektronicznego wykonany metodą frezowania ze stopu aluminium D16.

Część jest powlekana zarówno od zewnątrz, jak i od zewnątrz; charakterystyczną cechą jest obecność różnych otworów do wyprowadzenia przewodów i połączeń śrubowych.

Obudowa ta wraz z urządzeniem radioelektronicznym jest następnie uszczelniana za pomocą połączenia śrubowego lub lutowania w niskiej temperaturze. Aby zapewnić niezawodną pracę urządzenia, powłoka nałożona na korpus musi zapewniać odporność na korozję, odporność na zużycie, optymalną twardość i mieć jednakową grubość.

Zazwyczaj obudowy wykonane ze stopów aluminium poddawane są niklowaniu, a następnie nakładaniu innych powłok funkcjonalnych, takich jak powłoki cyny, bizmutu i srebra.

Wymiary części:

l=5,4cm 2 , h=8,8cm 2 , b=1,3cm 2

Ponieważ część jest powlekana zarówno od zewnątrz, jak i od wewnątrz, obszar pokrycia jednej części będzie równy:

S pokrywa =168 cm 2

4 Wybór metody niklowania

Istnieją dwa możliwe sposoby nakładania powłok niklowych:

4.1 Metoda elektrolityczna

Metoda elektrolityczna polega na nanoszeniu powłok niklowych na powierzchnię produktu elektrolitowego pod wpływem prądu elektrycznego. Zaletą tej metody jest to, że grubość powłoki jest wyraźnie kontrolowana, a zużycie powłoki metalowej jest minimalne. Ponadto dobierając rodzaj elektrolitu i sposób osadzania, można uzyskać osady o pożądanej strukturze, wyglądzie io różnych właściwościach mechanicznych. Wadą niklowania elektrolitycznego jest nierównomierne osadzanie się niklu po nałożeniu na powierzchnię reliefową, a także niemożność pokrycia wąskich i głębokich otworów i wnęk.

4.2 Metoda chemiczna

W metodzie chemicznej powlekany produkt umieszcza się w wodnym roztworze zawierającym rozpuszczoną sól metalu i środek redukujący. Na powierzchni produktu osadza się warstwa metalu.

Powłoka osadzona podczas bezprądowego niklowania nie jest czystym niklem, jak w przypadku galwanizacji, ale składa się ze stopu niklu i fosforu. Powlekanie tym stopem nie ma nic wspólnego z powlekaniem czystym niklem, zarówno pod względem właściwości fizyczno-mechanicznych, jak i chemiczno-korozyjnych.

Powłokę można nakładać na produkty o złożonej konfiguracji i wysokim stopniu jednorodności. Można go nakładać na wewnętrzne wnęki i kanały produktu, co jest prawie niemożliwe do osiągnięcia w przypadku aplikacji galwanicznej.

Szeroki zakres zastosowań chemicznie osadzanej powłoki niklowo-fosforowej wynika z jej imponującego zestawu użytecznych właściwości: twardości od 6000 do 10000 MPa, wysokiej odporności na korozję, tarcia (niskie zużycie podczas tarcia suchego), zdolności do ekranowania elektromagnetycznych wysokiej częstotliwości promieniowanie, niska rezystancja styków na stykach elektrycznych, dobra lutowność.

Właściwości mechaniczne niklowania nie zależą od grubości: na przykład powłoki o grubości 1 mikrona i 100 mikronów mają tę samą właściwą odporność na zużycie.

W takim przypadku bardziej wskazane jest zastosowanie niklowania chemicznego. Wynika to z faktu, że część ma złożoną konfigurację (obecność otworów, wgłębień, wnęk), a także wymaga powłoki zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz.

5 Wymagania dotyczące powłoki i wybór grubości

Grubość powłoki ustala się w zależności od warunków pracy, przeznaczenia powłoki zgodnie z dokumentacją normatywną i techniczną oraz sposobu nakładania powłoki.

Ponieważ nasza część musi być pokryta powłoką funkcjonalną, powłoka musi mieć jednolitą grubość, a także zapewniać odporność na korozję, odporność na zużycie i twardość metalu nieszlachetnego w warunkach pracy.

Według GOST 9.303-84 minimalna grubość powłoki powinna wynosić 9 mikronów. Dopuszczalna maksymalna grubość powłoki wynosi 15 mikronów. Średnia grubość niklu uzyskiwanego w kąpieli niklującej wynosi 15 mikronów.

6 Wybór realizacji procesu technologicznego

Proces technologiczny niklowania chemicznego można przeprowadzić na trzy sposoby, różniące się w zależności od rodzaju wybranego odczynnika jako reduktora.

1) metoda podfosforynowa, charakteryzująca się wspólnym uwalnianiem fosforu do powłoki niklowej;

2) metoda borowodorkowa, podczas której uwalnia się bor będący częścią powłoki;

3) metoda hydrazynowa, w której osadza się nikiel z jak najmniejszą ilością zanieczyszczeń.

Dotychczas jedynie metoda podfosforynowa znalazła zastosowanie przemysłowe. Wynika to z faktu, że metodę powlekania borowodorkiem charakteryzuje środowisko silnie zasadowe (pH>13), co doprowadzi do rozpuszczenia aluminium.

Pomimo tego, że metoda hydrazynowa umożliwia uzyskanie wysokiej jakości powłoki niklowej, jej zastosowanie praktycznie nie jest powszechne, ze względu na małą szybkość osadzania niklu, główny składnik (hydrazyna) jest praktycznie niedostępny w handlu, metoda ta jest bardzo wymagający pod względem zgodności z przepisami bezpieczeństwa, ponieważ W przypadku naruszenia warunków pracy możliwa jest detonacja.

Zaleca się chemiczne osadzanie niklu na stopach aluminium za pomocą roztworu podfosforynu sodu. Osadzona powłoka ma półbłyszczący metaliczny wygląd, amorficzną strukturę i jest stopem niklu i fosforu.

7 Teoria procesu niklowania bezprądowego

Mechanizm redukcji jonów niklu za pomocą podfosforynu ma charakter elektrochemiczny, natomiast na powierzchni katalizatora – zasady przebiega anodowy etap utleniania środka redukującego (5.1) i katodowy etap redukcji niklu ( 5.6) i wodór (5.3) występują jednocześnie (koniugat).

Anodowy etap utleniania podfosforynu - reakcja podfosforynu sodu z wodą - jest przedstawiany jako dodanie jonu OH¯ z cząsteczki wody do miejsca zerwania wiązania

P – H w cząsteczce podfosforynu sodu. Reakcję tę, wspomaganą katalitycznym działaniem powierzchni niklu, można wyrazić następującym równaniem:

H 2 O ↔ H + + OH¯, (5.1)

H 2 PO 2 ¯ + OH¯ → H 2 PO 3 ¯ + H + e. (5.2)

Elektron uwolniony z anionu podfosforynowego można przenieść przez powierzchnię metalu na jon wodorowy i przekształcić go w jon atomowy:

N + + e → N. (5.3)

Dwa atomy wodoru, z których jeden powstał z wiązania P–H anionu podfosforynowego, a drugi z wody, łączą się, tworząc wodór cząsteczkowy.

Alnwick (angielski Alnwick, ˈsłuchaj [ˈænɨk]) to małe miasteczko targowe w północno-wschodniej Anglii, w hrabstwie Northumberland.
Stop Fe z Ni i Al
Twardy stop magnetyczny
Stop niklowo-aluminiowy
Stop do magnesów trwałych
Stop do produkcji magnesów trwałych
Stop magnetyczny
Stop do produkcji stały magnesy
Stop żelaza z niklem i aluminium
Stop magnetyczny żelaza, niklu, aluminium
(z aluminium i niklu) stopy magnetycznie twarde Fe (baza) z Ni (20-34%) i Al (11-18%), czasami z dodatkami Cu, Co, Si, Ti

Yuval Avital (Jerozolima, 1977) to izraelski muzyk, kompozytor i gitarzysta.
Stop aluminium
Stop na bazie aluminium stosowany w lotnictwie
Lekki stop
Stop aluminium o wysokiej ciągliwości
Stop aluminium do samolotów
Lekki stop do tulejów skrzydełkowych
Stop, aluminium lotnicze
Lotnicze aluminium

Cupronickel (niemiecki Melchior, zniekształcony z francuskiego Maillot-Chorier) to jednofazowy stop miedzi, głównie z niklem, czasem z dodatkiem żelaza i manganu, który otrzymał swoją nazwę od nazwisk francuskich wynalazców z Lyonu, Maillot i Chorier, którzy stworzyli swój stop w 1819 r. Zwykle miedzionikiel zawiera 5-30% niklu, ≤0,8% żelaza i ≤1% manganu, chociaż w niektórych przypadkach różni się od tych proporcji.
Stop jubilerski
Stop zastawy stołowej
Stop miedzi i niklu
Stop niklu i miedzi
Srebrno-biały stop miedzi i niklu
Stop metalu pokryty srebrem, lepiej znany jako nowe srebro
Ciężki stop miedzi i niklu podobny do srebra, szeroko stosowany do produkcji sztućców i naczyń kuchennych.
Stop na łyżki i widelce
Stop stali nierdzewnej