Điểm nóng chảy của Niken

1. Giới thiệu

Niken (ký hiệu hóa học là, số nguyên tử 28) là một chất dẻo, kim loại chuyển tiếp màu trắng bạc thuộc nhóm 10 của bảng tuần hoàn.

Dữ liệu nhiệt động lực học có thẩm quyền từ NIST và Hiệp hội Hóa học Hoàng gia xác nhận rằng niken nguyên chất có điểm nóng chảy tiêu chuẩn là 1455 °C (2651 ° F, 1728 K).

Kim loại nguyên tố có một điểm nóng chảy duy nhất trong thực tế, nhưng hợp kim gốc niken thường nóng chảy trong một phạm vi vì hợp kim làm thay đổi nhiệt độ chất rắn và chất lỏng.

Đặc tính nóng chảy của niken là một lý do khiến nó được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm chống ăn mòn và chịu nhiệt.

Hợp kim niken và gốc niken thương mại được tìm thấy trong thiết bị xử lý hóa học, trao đổi nhiệt, phần cứng lò, Dịch vụ hàng hải, và các bộ phận cấu trúc nhiệt độ cao, trong đó độ ổn định nhiệt và độ rắn chắc được kiểm soát cũng quan trọng như độ bền.

2. Điểm nóng chảy của Niken nguyên chất

Đối với kim loại nguyên tố, niken thường được coi là một vật liệu có điểm nóng chảy đơn chứ không phải là một hợp kim phạm vi rộng.

Các giá trị được công bố từ các nguồn kỹ thuật khác nhau là cực kỳ gần nhau, đó là điều mà các kỹ sư mong muốn từ một kim loại tham chiếu: một con số ổn định có thể được sử dụng một cách tự tin trong thiết kế quy trình.

Giá trị đại diện cho niken nguyên chất

Sự chênh lệch nhỏ giữa 1453°C và 1455°C là bình thường đối với dữ liệu nóng chảy được công bố.

Nó phản ánh sự khác biệt về độ tinh khiết, phương pháp đo, và quy ước làm tròn hơn là bất kỳ thay đổi có ý nghĩa nào trong bản thân kim loại.

Vì mục đích kỹ thuật, niken nguyên chất nên được coi là kim loại có điểm nóng chảy khoảng 1455°C.

3. Hợp kim niken và phạm vi nóng chảy

Hợp kim gốc niken không hoạt động giống như niken nguyên chất.

Khi các yếu tố khác được thêm vào, hợp kim thường phát triển một Solidus Và chất lỏng, vì vậy kim loại bắt đầu nóng chảy ở một nhiệt độ và kết thúc nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn.

Đó là lý do tại sao bảng dữ liệu hợp kim báo cáo một Phạm vi nóng chảy thay vì một điểm duy nhất.

4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hành vi nóng chảy của Niken

độ tinh khiết

Độ tinh khiết là yếu tố đầu tiên và quan trọng nhất.

Niken nguyên chất cho thấy một, điểm nóng chảy được xác định rõ ràng, trong khi các loại tinh khiết về mặt thương mại như Niken 200/201 hiển thị phạm vi nóng chảy hẹp vì ngay cả những khác biệt nhỏ về thành phần cũng quan trọng.

Vật liệu càng gần với niken nguyên tố, nó càng gần với quá trình chuyển đổi một điểm.

Hợp kim bổ sung

Hợp kim hóa là lý do chính khiến vật liệu niken phát triển phạm vi nóng chảy.

Bổ sung đồng, crom, sắt, coban, molypden, và các yếu tố khác làm thay đổi độ ổn định pha và thay đổi nhiệt độ chất rắn và chất lỏng.

Đó là lý do tại sao Monel 400, Inconel 600, và ATI 617 mỗi loại có khoảng thời gian nóng chảy khác nhau mặc dù tất cả đều là vật liệu gốc niken.

Hình thức và đặc điểm kỹ thuật của sản phẩm

Các sản phẩm niken thương mại có thể được cung cấp với các giá trị được công bố hơi khác nhau tùy thuộc vào dạng sản phẩm và bảng dữ liệu của nhà cung cấp.

Điều này không có nghĩa là hành vi cơ bản của kim loại đã thay đổi; điều đó có nghĩa là phạm vi được báo cáo phản ánh chính xác cấp độ, tạp chất nhỏ, và tình trạng sản phẩm.

Dành cho kỹ sư quy trình, đó là lời nhắc nhở sử dụng bảng dữ liệu của nhà cung cấp cho nhiệt lượng hoặc lô cụ thể thay vì dựa vào giá trị niken chung chung.

Bối cảnh quá trình nhiệt

Hành vi nóng chảy của niken phải luôn được giải thích theo ngữ cảnh. Một lò đúc, một chu kỳ hàn, và quá trình hàn không sử dụng cùng một mục tiêu nhiệt.

Phạm vi nóng chảy xác định khoảng trống nhiệt mà người vận hành có trước khi kim loại mềm ra, bắt đầu chảy, hoặc mất hình dạng.

Trong hợp kim nhiệt độ cao gốc niken, cửa sổ đó là phần cốt lõi của logic thiết kế, không phải là một suy nghĩ lại.

5. Thuộc vật chất & Những thay đổi hóa học trong quá trình nấu chảy niken

Hành vi oxy hóa

Niken nóng chảy có hoạt tính hóa học cao. Bên trên 1000 °C, niken phản ứng nhanh với oxy để tạo ra oxit niken (NiO).

Không có bảo vệ khí trơ, một màng oxit đen dày đặc bao phủ bề mặt chất lỏng, tăng khuyết tật bao gồm xỉ luyện kim.

Nấu chảy niken công nghiệp phải áp dụng phương pháp che chắn argon hoặc nấu chảy chân không để cô lập oxy.

Độ hòa tan của các nguyên tố khí

Niken nóng chảy có khả năng hòa tan hydro và nitơ mạnh. Độ hòa tan khí đạt đỉnh gần điểm nóng chảy; khí hòa tan quá mức tạo thành lỗ xốp sau khi hóa rắn.

Xử lý khử khí là bắt buộc đối với vật đúc niken có độ tinh khiết cao.

Chuyển tiếp từ

Niken có tính sắt từ ở nhiệt độ phòng. Nhiệt độ Curie của nó là 358 °C; trên nhiệt độ tới hạn này, niken mất từ ​​tính vĩnh viễn cho đến khi nguội đi.

Sự biến mất từ ​​tính trong quá trình nấu chảy tạo điều kiện cho sự khuấy trộn điện từ trong lò luyện kim.

6. Cách kiểm tra điểm nóng chảy của niken?

Đo nhiệt lượng quét vi sai và phân tích nhiệt vi sai

Để xác định ở quy mô phòng thí nghiệm, DSC Và DTA là công cụ phân tích nhiệt tiêu chuẩn để xác định nhiệt độ nóng chảy và kết tinh của vật liệu nguyên chất.

ASTM E794 tuyên bố rằng phương pháp thử nghiệm này mô tả việc xác định nhiệt độ nóng chảy và kết tinh bằng phép đo nhiệt lượng quét vi sai và phân tích nhiệt vi sai, và phương pháp này hữu ích cho việc kiểm soát chất lượng, chấp nhận đặc điểm kỹ thuật, và nghiên cứu.

Trong thực tế, hiệu chuẩn được thực hiện bằng cách sử dụng các tiêu chuẩn tham chiếu đã biết, và kim loại nguyên chất thường được sử dụng làm vật liệu hiệu chuẩn.

Nhiệt độ nóng chảy thường được lấy từ khởi đầu ngoại suy của quá trình chuyển đổi, trong khi mẫu tan chảy hoàn toàn ở đỉnh.

Điều đó làm cho DSC đặc biệt hữu ích đối với niken khi cần có giá trị chính xác trong phòng thí nghiệm.

nhiệt kế quang học

Đối với điều kiện công nghiệp rất nóng, Nhiệt độ quang học là một phương pháp không tiếp xúc thực tế vì nó đo bức xạ nhiệt từ vật nóng thay vì yêu cầu tiếp xúc vật lý.

Điều đó làm cho nó có giá trị cho việc quan sát lò, xử lý tan chảy, và các kiểm tra quy trình nhiệt độ cao khác trong đó cảm biến tiếp xúc có thể không thực tế.

So sánh thực tế các phương pháp

7. Ứng dụng công nghiệp của việc kiểm soát phạm vi nóng chảy niken

Đúc chính xác

TRONG đúc chính xác, phạm vi nóng chảy xác định khoảng trống nhiệt mà lò phải cung cấp và mức độ nóng chảy phải được quản lý cẩn thận trước khi đổ.

Hợp kim niken và gốc niken nguyên chất được sử dụng trong các bộ phận của lò, tàu xử lý hóa chất, trao đổi, bộ phận hàng không vũ trụ nhiệt độ cao, lò phản ứng hạt nhân, và tua-bin, điều đó có nghĩa là quá trình đúc phải xử lý cả các yêu cầu về nhiệt độ cao và dịch vụ khắc nghiệt.

Đối với vật đúc hợp kim, điểm quan trọng không phải là điểm nóng chảy duy nhất mà là cửa sổ rắn-lỏng.

Hợp kim gốc niken có thể bắt đầu đóng băng trong khi một phần kim loại vẫn ở dạng lỏng, vì thế nghề đúc phải tính đến việc cho ăn, sự co lại, và kiểm soát sự hóa rắn trên toàn bộ phạm vi.

Đó là một suy luận kỹ thuật từ khoảng thời gian nóng chảy được công bố của hợp kim gốc niken.

Hàn

Vật liệu gốc niken được hàn rộng rãi vì chúng có thể được nối bằng các quy trình hàn thông thường và duy trì hiệu suất hữu ích trong các môi trường đòi hỏi khắt khe.

Hợp kim INCONEL 600 được mô tả là dễ dàng tham gia bởi các quy trình hàn thông thường, và nhà sản xuất liệt kê các vật liệu hàn cụ thể cho hồ quang kim loại được che chắn., hồ quang vonfram khí, và nối hồ quang kim loại khí.

Hợp kim MONEL 400 cũng được mô tả là dễ dàng tham gia bởi các quy trình thông thường.

Cho hàn, Việc kiểm soát phạm vi nóng chảy rất quan trọng vì kim loại cơ bản không được quá nóng ngoài vùng nhiệt hạch dự định.

Hợp kim niken thường được lựa chọn chính xác vì khoảng thời gian nóng chảy của chúng, sức mạnh, và phản ứng nhiệt có thể hỗ trợ việc kết nối có kiểm soát trong các ứng dụng quan trọng về dịch vụ.

Điều này đặc biệt quan trọng khi phần hàn phải duy trì ổn định kích thước và chống ăn mòn sau khi chế tạo..

Xử lý nhiệt

Xử lý nhiệt là một lĩnh vực khác mà vấn đề kiểm soát phạm vi nóng chảy, bởi vì người vận hành phải ở lại an toàn dưới mọi điều kiện mới bắt đầu nóng chảy trong khi vẫn đạt được chu trình nhiệt cần thiết.

CHÚNG TÔI CÓ 617, Ví dụ, dung dịch thường được ủ ở 1175°C (2150° F), nằm dưới phạm vi nóng chảy được công bố của nó 1330Mạnh1380 ° C..

Khoảng trống đó là cửa sổ nhiệt có thể sử dụng giúp xử lý nhiệt mà không làm sập cấu trúc vi mô.

Logic tương tự được áp dụng rộng rãi hơn cho các hợp kim gốc niken: xử lý nhiệt phải được lựa chọn có tính đến chất rắn và chất lỏng của hợp kim để bộ phận đạt được trạng thái luyện kim dự định mà không bị nóng chảy một phần.

Trong thực tế sản xuất, đây là lý do tại sao hợp kim niken thường được xử lý với kỷ luật nhiệt độ chặt chẽ hơn nhiều so với kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn.

8. Phần kết luận

Điểm nóng chảy của niken nguyên chất là khoảng 1455°C (1728 K / 2651° F), với các tài liệu tham khảo có thẩm quyền được phân cụm rất gần với giá trị đó.

Sự chênh lệch nhẹ trong các số được công bố là bình thường và phản ánh lịch sử đo lường và làm tròn, không phải là sự bất đồng ý nghĩa về mặt kỹ thuật.

Quan trọng hơn, Giá trị công nghiệp thực sự của niken nằm ở chỗ tính chất nóng chảy thay đổi khi niken được hợp kim hóa.

Các loại niken tinh khiết thương mại tan chảy trong phạm vi hẹp, trong khi các hợp kim gốc niken như Monel 400, Inconel 600, và ATI 617 được thiết kế xung quanh các khoảng rắn-lỏng của riêng chúng.

Đó là lý do tại sao niken không chỉ là kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao; nó là một nền tảng nhiệt độ cao để thiết kế các vật liệu chống ăn mòn và chịu nhiệt.

 

Câu hỏi thường gặp

Điểm nóng chảy của niken tính bằng độ C và độ F là bao nhiêu?

Niken tinh khiết nóng chảy ở khoảng 1455°C, đó là về 2651° F. ASM đưa ra một giá trị liên quan chặt chẽ của 1453°C.

Tại sao hợp kim niken có phạm vi nóng chảy thay vì một điểm chính xác?

Bởi vì hợp kim làm thay đổi trạng thái cân bằng pha, vì vậy vật liệu bắt đầu tan chảy ở mức Solidus nhiệt độ và kết thúc nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn chất lỏng nhiệt độ.

Niken nguyên chất có dễ gia công hơn hợp kim niken không?

Không nhất thiết. Niken nguyên chất có nhiệt độ nóng chảy cao, nhưng hợp kim gốc niken thường được lựa chọn vì chúng có khả năng chống ăn mòn tốt hơn, duy trì sức mạnh, hoặc khả năng chịu nhiệt cho mục đích sử dụng.

Tại sao niken lại quan trọng trong kỹ thuật nhiệt độ cao?

Bởi vì nó kết hợp điểm nóng chảy cao với độ dẻo hữu ích và khả năng tạo thành các họ hợp kim chịu nhiệt được sử dụng trong phần cứng lò nung, trao đổi, bộ phận hàng không vũ trụ, và các hệ thống liên quan đến tuabin.