Ligas à base de níquel referem-se a uma classe de ligas que possuem propriedades abrangentes, como alta resistência e certa resistência à oxidação e corrosão em altas temperaturas de 650~1000℃. De acordo com suas propriedades principais, são subdivididas em ligas resistentes ao calor à base de níquel, ligas resistentes à corrosão à base de níquel, ligas resistentes ao desgaste à base de níquel, ligas à base de níquel e ligas com memória de forma à base de níquel, etc. As superligas são classificadas de acordo com sua matriz em: superligas à base de ferro, superligas à base de níquel e superligas à base de cobalto. Entre estas, as superligas à base de níquel são abreviadas como ligas à base de níquel.
Os principais elementos de liga são cobre, cromo e molibdênio. Possui bom desempenho abrangente e pode resistir a várias corrosões ácidas e corrosão sob tensão. O primeiro aplicado (produzido nos EUA em 1905) foi a liga níquel-cobre (Ni-Cu), também conhecida como liga Monel (liga Monel Ni 70 Cu30); além disso, existem ligas níquel-cromo (Ni-Cr) (que são ligas resistentes ao calor à base de níquel, ligas resistentes à corrosão entre as ligas resistentes à corrosão), ligas níquel-molibdênio (Ni-Mo) (referindo-se principalmente à série Hastelloy B, fabricantes profissionais nacionais de ligas resistentes à corrosão incluem o Instituto de Pesquisa de Ferro e Aço de Pequim, Haidi Metal Products Co., Ltd., etc.) e ligas níquel-cromo-molibdênio (Ni-Cr-Mo) (referindo-se principalmente à série Hastelloy C, fabricantes profissionais nacionais de ligas resistentes à corrosão incluem o Instituto de Pesquisa de Ferro e Aço de Pequim, Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Bao Titanium Group Rare Metal Materials Company, etc.). Ao mesmo tempo, o níquel puro também é um representante típico de ligas resistentes à corrosão à base de níquel. Essas ligas resistentes à corrosão à base de níquel são usadas principalmente para fabricar componentes para vários ambientes corrosivos, como as indústrias de petróleo, química e de energia.
As ligas resistentes à corrosão à base de níquel possuem predominantemente uma estrutura austenítica. Nos estados tratado em solução e envelhecido, fases intermetálicas e carbonitretos metálicos também existem na matriz austenítica e nos contornos de grão das ligas. Várias ligas resistentes à corrosão são classificadas por composição e suas propriedades são as seguintes:
A liga Ni-Cu tem melhor resistência à corrosão do que o níquel em meios redutores e melhor resistência à corrosão do que o cobre em meios oxidantes. Sob condições anaeróbicas e com agente oxidante, é um bom material resistente a gás flúor de alta temperatura, fluoreto de hidrogênio e ácido fluorídrico (ver Corrosão de Metais).
Liga Ni-Cr, também conhecida como liga resistente ao calor à base de níquel; usada principalmente em condições oxidantes. Possui resistência à oxidação em alta temperatura e à corrosão por gases contendo enxofre, vanádio, etc. Sua resistência à corrosão aumenta com o aumento do teor de cromo. Este tipo de liga também tem boa resistência à corrosão por hidróxidos (como NaOH, KOH) e à corrosão sob tensão.
Ligas de Ni-Mo são usadas principalmente em condições de corrosão em meios redutores. É uma das boas ligas resistentes à corrosão por ácido clorídrico, mas sua resistência à corrosão diminui significativamente na presença de oxigênio e agentes oxidantes.
As ligas Ni-Cr-Mo(W) possuem as propriedades tanto das ligas Ni-Cr mencionadas anteriormente quanto das ligas Ni-Mo. Elas são usadas principalmente em condições de mídia mista oxidante-redutora. Essas ligas exibem boa resistência à corrosão em gás fluoreto de hidrogênio em alta temperatura, em soluções de ácido clorídrico e fluorídrico contendo oxigênio e oxidantes, e em gás cloro úmido à temperatura ambiente.
A liga Ni-Cr-Mo-Cu tem a capacidade de resistir à corrosão tanto por ácido nítrico quanto por ácido sulfúrico, e também possui boa resistência à corrosão em alguns ácidos mistos oxidantes-redutores.
Áreas de aplicação
Ligas à base de níquel são usadas em muitos campos, como:
1. Marinho: Estruturas marinhas no ambiente marinho, dessalinização da água do mar, maricultura, troca de calor da água do mar, etc.
2、Campos: Equipamentos de dessulfurização de gases de combustão para usinas termoelétricas, tratamento de águas residuais, etc.
3. Setor de energia: Geração de energia nuclear, utilização abrangente de carvão, geração de energia das marés, etc.
4. Campo petroquímico: Refino, equipamentos químicos, etc.
5. Campo alimentício: Produção de sal, fabricação de molho de soja, etc. Nos muitos campos mencionados acima, o aço inoxidável comum 304 não é adequado. Nesses campos especiais, o aço inoxidável especial é indispensável e insubstituível. Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento econômico e a contínua atualização dos campos industriais, cada vez mais projetos exigem aço inoxidável de maior qualidade. Com o crescimento da demanda por ligas à base de níquel em várias indústrias. Em 2011, o tamanho do mercado de ligas à base de níquel na China atingiu 23,07 bilhões de yuans, com uma taxa de crescimento anual de 19,47%. Portanto, o nível de desenvolvimento da indústria está em uma tendência ascendente constante.
Liga resistente ao desgaste
Os principais elementos de liga são cromo, molibdênio e tungstênio, e também contém pequenas quantidades de nióbio, tântalo e índio. Além da resistência ao desgaste, também possui boa resistência à oxidação, resistência à corrosão e soldabilidade. Pode ser usado para fabricar peças resistentes ao desgaste e também como material de revestimento, aplicado à superfície de outros materiais base através de processos de soldagem de revestimento e pulverização.
Pós de ligas à base de níquel incluem pós de ligas aut fundentes e pós de ligas não aut fundentes.
Pó à base de níquel não auto-fundente refere-se a pó de liga à base de níquel que não contém B, Si, ou tem baixo teor de B e Si. Este tipo de pó é amplamente utilizado em revestimentos por aspersão a arco de plasma, revestimentos por aspersão a chama e fortalecimento de superfície por plasma. Inclui principalmente: pó de liga Ni-Cr, pó de liga Ni-Cr-Mo, pó de liga Ni-Cr-Fe, pó de liga Ni-Cu, pós de liga Ni-P e Ni-Cr-P, pó de liga Ni-Cr-Mo-Fe, pó de liga Ni-Cr-Mo-Si de alta resistência ao desgaste, pó de liga Ni-Cr-Fe-Al, pó de liga Ni-Cr-Fe-Al-B-Si, pó de liga Ni-Cr-Si, pó de liga Ni-Cr-W à base de resistente ao desgaste e à corrosão, etc.
A adição de uma quantidade apropriada de B e Si ao pó de liga de níquel forma o pó de liga aut fundente à base de níquel. O pó de liga aut fundente, também conhecido como liga de baixo ponto de fusão ou liga de revestimento duro, é uma série de materiais em pó formados pela adição de elementos de liga (principalmente boro e silício) que podem formar eutéticos de baixo ponto de fusão a ligas à base de níquel, cobalto e ferro. Pós de liga aut fundente à base de níquel comumente usados incluem pó de liga Ni-B-Si, pó de liga Ni-Cr-B-Si, Ni-Cr-B-Si-Mo, Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu, pó de liga aut fundente à base de níquel com alto teor de molibdênio, pó de liga aut fundente à base de níquel com alto teor de cromo-molibdênio, pó de liga aut fundente à base de Ni-Cr-W-C, pó de liga aut fundente com alto teor de cobre, pó de liga aut fundente à base de níquel disperso com carboneto de tungstênio, etc.
O papel de vários elementos em ligas:
● Papel dos Elementos Boro e Silício: Reduzem significativamente o ponto de fusão da liga, expandem a faixa de temperatura da linha de fase sólido-líquido, formam eutéticos de baixo ponto de fusão; funções desoxidante e redutora e função formadora de escória; efeito de endurecimento e fortalecimento no revestimento; melhoram o desempenho do processo operacional
● Papel do elemento cobre: Melhora a resistência à corrosão por ácidos não oxidantes
● Funções do Cromo: Efeito de endurecimento por solução sólida, efeito de passivação; melhora a resistência à corrosão e à oxidação em alta temperatura; o excesso de cromo forma facilmente fases duras como carbeto de cromo e boreto de cromo com carbono e boro, aumentando assim a dureza da liga e a resistência ao desgaste
●Papel do elemento Molibdênio: Grande raio atômico, causa grande distorção reticular após solução sólida, fortalece significativamente a matriz da liga, melhora a resistência em alta temperatura e a dureza ao vermelho da matriz; pode interromper e reduzir a estrutura em rede no revestimento; melhora a resistência à cavitação e à erosão.
Liga
Incluindo ligas magnéticas macias à base de níquel, ligas de resistência à base de níquel e ligas eletrotérmicas à base de níquel, etc. A liga magnética macia comumente usada é a permalloy, contendo cerca de 80% de níquel, que possui alta permeabilidade máxima e permeabilidade inicial, e baixa coercividade, tornando-a um material de núcleo importante na indústria eletrônica. Os principais elementos de liga das ligas de resistência à base de níquel são cromo, alumínio e cobre. Esta liga tem alta resistividade, baixo coeficiente de temperatura de resistência e boa resistência à corrosão, e é usada para fabricar resistores. As ligas eletrotérmicas à base de níquel são ligas de níquel contendo 20% de cromo, que possuem boa resistência à oxidação e resistência à corrosão e podem ser usadas por longos períodos em temperaturas de 1000-1100℃.