يتميز النيكل والنحاس والنحاس نيكل في التكوين والخصائص والتطبيقات ، على الرغم من أنها تشترك في بعض أوجه التشابه كمواد معدنية.
1. التكوين والحدوث الطبيعي
العنصر الكيميائي (الرقم الذري 28) المصنف على أنه معدن انتقالي. إنه بيضاء فضي ، لامع ، ويحدث بشكل طبيعي في الخامات مثل البنتلاند والضرب. غالبًا ما يتم العثور على النيكل إلى جانب الحديد والكبريت في المعادن.
النيكل النقي هو الدكتايل ، المغناطيسي ، ومقاوم للغاية للتآكل ، وخاصة في البيئات القلوية.
عنصر كيميائي (الرقم الذري 29) ، وهو معدن أحمر بني معروف بالتوصيل الكهربائي والحراري الممتاز. يحدث بشكل طبيعي في خامات مثل الكالكوبايرايت والملازم.
النحاس النقي ناعم ، مرن ، ويشكل الزنجار الأخضر (أكسيد النحاس) عند تعرضه للهواء ، والذي يحميه من مزيد من التآكل.
سبيكة محلول صلبة من النحاس والنيكل ، غالبًا مع إضافات صغيرة من عناصر مثل الحديد أو المنغنيز أو الزنك لتعزيز خصائص محددة. تتضمن النسب الشائعة Cu -10 ni ، cu -20 ni ، و cu -30 ni (على سبيل المثال ، مونيل عبارة
تجمع السبائك بين مقاومة التآكل للنيكل مع ليونة النحاس والتوصيل الحراري.
2. الخصائص الميكانيكية والفيزيائية
القوة: قوة شد عالية (≈400-600 ميجا باسكال) والليونة الجيدة ، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات عالية الإجهاد.
نقطة الانصهار: 1،455 درجة (2،651 درجة واو) ، وهو أعلى من النحاس.
المغناطيسية: المغناطيسية في درجة حرارة الغرفة (تفقد المغناطيسية فوق 354 درجة ، نقطة كوري).
مقاومة التآكل: يقاوم الأكسدة في الهواء وهو خامل للعديد من الأحماض (باستثناء حمض النيتريك).
القوة: أكثر ليونة من النيكل (قوة الشد ≈220-250 ميجا باسكال في شكل نقي) ، ولكن ليونةها تتيح تكوين وأسلاك سهلة.
نقطة الانصهار: 1085 درجة (1985 درجة واو) ، أقل من النيكل.
الموصلية: واحدة من أفضل الكهرباء (59.6 × 10⁶ S/M) والموصلات الحرارية (401 W/M · K) ، في المرتبة الثانية فقط إلى الفضة.
مقاومة التآكل: تشكل طبقة أكسيد واقية في الهواء ، ولكنها عرضة للتآكل في البيئات الحمضية أو الغنية بالأمونيا.
القوة: تختلف قوة الشد مع محتوى النيكل (على سبيل المثال ، Cu -30 Ni لديه -450–550 MPa) ، يجمع بين قوة النيكل وقابلية النحاس.
نقطة الانصهار: بين النحاس والنيكل (على سبيل المثال ، cu -10 يذوب Ni حوالي 1200-1،250 درجة) ، اعتمادًا على نسبة السبائك.
الموصلية: أقل من النحاس النقي (على سبيل المثال ، cu -30 ni لديه الموصلية الكهربائية ~ 10 ٪ من النحاس) ولكن أعلى من العديد من الفولاذ.
مقاومة التآكل: مقاومة استثنائية لمياه البحر ورذاذ الملح والبيئات الكيميائية ، التي تتجاوز بكثير النحاس النقي أو النيكل وحده. تشكل سبيكة طبقة أكسيد غير مستقرة غير متدلية تمنع التحلل.
3. سلوك التآكل
مقاومة تآكل متفوقة في مياه البحر ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات البحرية. تقاوم السبائك الوقود الحيوي (ارتباط الكائنات الحية) والتأليف ، على عكس العديد من المعادن الأخرى.
في الأجواء الرطبة أو الصناعية ، فإنه يشكل طبقة أكسيد واقية مماثلة للنحاس ولكن أكثر متانة ، مما يمنع الاختراق العميق.
4. التطبيقات
عامل السبائك: يستخدم في الفولاذ المقاوم للصدأ (على سبيل المثال ، 304 ، 316) ، Superalloys للتوربينات ، وسبائك Ni-Cu (مونيل).
الطلاء الكهربائي: للطلاء الزخرفي أو الواقي على المعادن.
البطاريات: بطاريات النيكل الكادميوم (Ni-CD) وبطاريات هيدريد النيكل المعدنية (Ni-MH).
المعالجة الكيميائية: معدات للتعامل مع المواد الكيميائية المسببة للتآكل.
النظم الكهربائية: الأسلاك ، المحولات ، والموصلات بسبب الموصلية العالية.
السباكة: الأنابيب والتجهيزات لتوزيع المياه.
نقل الحرارة: المشعات والمبادلات الحرارية وملفات تكييف الهواء.
الفن والهندسة المعمارية: التماثيل ، التسقيف ، والعناصر الزخرفية (بسبب تكوين الزنجار).
الهندسة البحرية: أجسام السفينة ، المكثفات ، أنابيب مياه البحر ، والمراوح (يقاوم تآكل المياه المالحة).
المعدات الصناعية: المبادلات الحرارية في النباتات الكيميائية وأنظمة تحلية المياه والمنصات الخارجية.
المكونات الكهربائية: موصلات وأجزاء مقاومة للتآكل في البيئات القاسية.
العملات المعدنية: بعض العملات المعدنية (على سبيل المثال ، النيكل الأمريكي ، على الرغم من أن النيكل الأمريكي الحديث عبارة عن زنك مطلي بالنحاس).
5. التكلفة والتوافر
النيكل: أغلى من النحاس بسبب محدودية الاحتياطيات الطبيعية وعمليات الاستخراج المعقدة ، وخاصة للدرجات عالية النقاء.
النحاس: أكثر وفرة وأرخص من النيكل ، مما يجعله يستخدم على نطاق واسع في التطبيقات منخفضة التكلفة.
Copper-Nickel: أكثر تكلفة من النحاس الخالص ولكن أرخص من السبائك عالية النيكل مثل مونيل ، مع الأسعار اعتمادا على محتوى النيكل (ارتفاع النيكل=أعلى تكلفة).
