Las aleaciones a base de níquel se refieren a una clase de aleaciones que poseen propiedades integrales como alta resistencia y cierta resistencia a la oxidación y corrosión a altas temperaturas de 650~1000℃. Según sus propiedades principales, se subdividen aún más en aleaciones resistentes al calor a base de níquel, aleaciones resistentes a la corrosión a base de níquel, aleaciones resistentes al desgaste a base de níquel, aleaciones a base de níquel y aleaciones con memoria de forma a base de níquel, etc. Las superaleaciones se clasifican según su matriz en: superaleaciones a base de hierro, superaleaciones a base de níquel y superaleaciones a base de cobalto. Entre estas, las superaleaciones a base de níquel se abrevian como aleaciones a base de níquel.
Los principales elementos de aleación son cobre, cromo y molibdeno. Tiene un buen rendimiento integral y puede resistir diversas corrosiones ácidas y corrosión bajo tensión. El aplicado más temprano (producido en EE. UU. en 1905) fue la aleación níquel-cobre (Ni-Cu), también conocida como aleación Monel (aleación Monel Ni 70 Cu30); además, existen aleaciones níquel-cromo (Ni-Cr) (que son aleaciones resistentes al calor a base de níquel, aleaciones resistentes al calor y a la corrosión entre las aleaciones resistentes a la corrosión), aleaciones níquel-molibdeno (Ni-Mo) (principalmente refiriéndose a la serie Hastelloy B, los fabricantes nacionales profesionales de aleaciones resistentes a la corrosión incluyen el Instituto de Investigación de Hierro y Acero de Beijing, Haidi Metal Products Co., Ltd., etc.), y aleaciones níquel-cromo-molibdeno (Ni-Cr-Mo) (principalmente refiriéndose a la serie Hastelloy C, los fabricantes nacionales profesionales de aleaciones resistentes a la corrosión incluyen el Instituto de Investigación de Hierro y Acero de Beijing, Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Bao Titanium Group Rare Metal Materials Company, etc.). Al mismo tiempo, el níquel puro también es un representante típico de las aleaciones resistentes a la corrosión a base de níquel. Estas aleaciones resistentes a la corrosión a base de níquel se utilizan principalmente para fabricar componentes para diversos entornos corrosivos como las industrias del petróleo, química y energética.
Las aleaciones resistentes a la corrosión a base de níquel tienen mayormente una estructura austenítica. En los estados tratados en solución y envejecidos, también existen fases intermetálicas y carbonitruros metálicos en la matriz austenítica y los límites de grano de las aleaciones. Varias aleaciones resistentes a la corrosión se clasifican por su composición y sus propiedades son las siguientes:
La aleación Ni-Cu tiene mejor resistencia a la corrosión que el níquel en medios reductores y mejor resistencia a la corrosión que el cobre en medios oxidantes. Bajo condiciones anaeróbicas y con agente oxidante, es un buen material resistente al gas flúor a alta temperatura, al fluoruro de hidrógeno y al ácido fluorhídrico (ver Corrosión de Metales).
Aleación Ni-Cr, también conocida como aleación resistente al calor a base de níquel; se usa principalmente en condiciones oxidantes. Tiene resistencia a la oxidación a alta temperatura y a la corrosión por gases que contienen azufre, vanadio, etc. Su resistencia a la corrosión aumenta con el incremento del contenido de cromo. Este tipo de aleación también tiene buena resistencia a la corrosión por hidróxidos (como NaOH, KOH) y a la fisuración por corrosión bajo tensión.
Las aleaciones de Ni-Mo se utilizan principalmente en condiciones de corrosión en medios reductores. Es una de las buenas aleaciones resistentes a la corrosión por ácido clorhídrico, pero su resistencia a la corrosión disminuye significativamente en presencia de oxígeno y agentes oxidantes.
Las aleaciones de Ni-Cr-Mo(W) poseen las propiedades tanto de las aleaciones de Ni-Cr mencionadas anteriormente como de las aleaciones de Ni-Mo. Se utilizan principalmente en condiciones de medios mixtos oxidantes-reductores. Estas aleaciones exhiben buena resistencia a la corrosión en gas de fluoruro de hidrógeno a alta temperatura, en soluciones de ácido clorhídrico y fluorhídrico que contienen oxígeno y oxidantes, y en gas de cloro húmedo a temperatura ambiente.
La aleación Ni-Cr-Mo-Cu tiene la capacidad de resistir la corrosión tanto por ácido nítrico como por ácido sulfúrico, y también tiene buena resistencia a la corrosión en algunas mezclas de ácidos oxidantes-reductores.
Áreas de aplicación
Las aleaciones a base de níquel se utilizan en muchos campos, como:
1. Marina: Estructuras marinas en el medio marino, desalinización de agua de mar, maricultura, intercambio de calor de agua de mar, etc.
2、Campos: Equipos de desulfuración de gases de combustión para centrales eléctricas térmicas, tratamiento de aguas residuales, etc.
3. Sector energético: Generación de energía nuclear, utilización integral del carbón, generación de energía mareomotriz, etc.
4. Campo petroquímico: Refinación, equipo químico, etc.
5. Campo alimentario: Producción de sal, elaboración de salsa de soya, etc. En muchos de los campos mencionados anteriormente, el acero inoxidable ordinario 304 no es adecuado. En estos campos especiales, el acero inoxidable especial es indispensable e insustituible. En los últimos años, con el rápido desarrollo económico y la mejora continua de los campos industriales, cada vez más proyectos requieren acero inoxidable de mayor grado. Con el crecimiento de la demanda de aleaciones a base de níquel en diversas industrias. En 2011, el tamaño del mercado de aleaciones a base de níquel en China alcanzó los 23.07 mil millones de yuanes, con una tasa de crecimiento interanual del 19.47%. Por lo tanto, el nivel de desarrollo de la industria se encuentra en una tendencia ascendente constante.
Aleación resistente al desgaste
Los principales elementos de aleación son cromo, molibdeno y tungsteno, y también contiene pequeñas cantidades de niobio, tántalo e indio. Además de la resistencia al desgaste, también tiene buena resistencia a la oxidación, resistencia a la corrosión y soldabilidad. Se puede utilizar para fabricar piezas resistentes al desgaste y también como material de recubrimiento, aplicado a la superficie de otros materiales base mediante procesos de soldadura de aporte y pulverización.
Los polvos de aleaciones a base de níquel incluyen polvos de aleaciones autofluyentes y polvos de aleaciones no autofluyentes.
El polvo a base de níquel no auto-fundente se refiere al polvo de aleación a base de níquel que no contiene B, Si, o tiene un bajo contenido de B y Si. Este tipo de polvo se utiliza ampliamente en recubrimientos por aspersión de arco de plasma, recubrimientos por aspersión con llama y fortalecimiento superficial por plasma. Principalmente incluye: polvo de aleación Ni-Cr, polvo de aleación Ni-Cr-Mo, polvo de aleación Ni-Cr-Fe, polvo de aleación Ni-Cu, polvos de aleación Ni-P y Ni-Cr-P, polvo de aleación Ni-Cr-Mo-Fe, polvo de aleación Ni-Cr-Mo-Si resistente al desgaste, polvo de aleación Ni-Cr-Fe-Al, polvo de aleación Ni-Cr-Fe-Al-B-Si, polvo de aleación Ni-Cr-Si, polvo de aleación Ni-Cr-W resistente al desgaste y a la corrosión, etc.
Al agregar una cantidad apropiada de B y Si al polvo de aleación de níquel, se forma polvo de aleación auto fundente a base de níquel. El polvo de aleación auto fundente, también conocido como aleación de bajo punto de fusión o aleación de recargue, es una serie de materiales en polvo formados al agregar elementos de aleación (principalmente boro y silicio) que pueden formar eutécticos de bajo punto de fusión a aleaciones a base de níquel, cobalto y hierro. Los polvos de aleación auto fundente a base de níquel comúnmente utilizados incluyen polvo de aleación Ni-B-Si, polvo de aleación Ni-Cr-B-Si, Ni-Cr-B-Si-Mo, Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu, polvo de aleación auto fundente a base de níquel con alto contenido de molibdeno, polvo de aleación auto fundente a base de níquel con alto contenido de cromo-molibdeno, polvo de aleación auto fundente a base de Ni-Cr-W-C, polvo de aleación auto fundente con alto contenido de cobre, polvo de aleación auto fundente a base de níquel disperso con carburo de tungsteno, etc.
El papel de varios elementos en las aleaciones:
● Papel de los Elementos de Boro y Silicio: Reducen significativamente el punto de fusión de la aleación, expanden el rango de temperatura de la línea de fase sólido-líquido, forman eutécticos de bajo punto de fusión; funciones desoxidantes y reductoras y función de formación de escoria; efecto de endurecimiento y fortalecimiento en el recubrimiento; mejoran el rendimiento del proceso operativo
● Papel del elemento cobre: Mejora la resistencia a la corrosión frente a ácidos no oxidantes
● Funciones del Cromo: Efecto de endurecimiento por solución sólida, efecto de pasivación; mejora la resistencia a la corrosión y a la oxidación a alta temperatura; el exceso de cromo forma fácilmente fases duras como carburo de cromo y boruro de cromo con carbono y boro, aumentando así la dureza y la resistencia al desgaste de la aleación
●Función del elemento Molibdeno: Radio atómico grande, causa una gran distorsión de la red después de la solución sólida, fortalece significativamente la matriz de la aleación, mejora la resistencia a alta temperatura y la dureza en rojo de la matriz; puede interrumpir y reducir la estructura de red en el recubrimiento; mejora la resistencia a la cavitación y la erosión.
aleación
Incluyendo aleaciones magnéticas blandas a base de níquel, aleaciones de resistencia a base de níquel y aleaciones electrotérmicas a base de níquel, etc. La aleación magnética blanda de uso común es la permalloy que contiene alrededor del 80% de níquel, la cual tiene una alta permeabilidad máxima y permeabilidad inicial, y baja coercitividad, lo que la convierte en un material de núcleo importante en la industria electrónica. Los principales elementos de aleación de las aleaciones de resistencia a base de níquel son el cromo, el aluminio y el cobre. Esta aleación tiene una alta resistividad, un bajo coeficiente de temperatura de resistencia y buena resistencia a la corrosión, y se utiliza para fabricar resistencias. Las aleaciones electrotérmicas a base de níquel son aleaciones de níquel que contienen un 20% de cromo, las cuales tienen buena resistencia a la oxidación y resistencia a la corrosión y pueden usarse durante mucho tiempo a temperaturas de 1000-1100℃.