鎳鉻合金材料的應用

王蕤

摘要：本文介紹了鎳鉻合金的歷史、成分、顯微結構、性能、應用及制備方法。總體而言，鎳鉻合金有兩類，一類是不銹鋼，另一類是鎳基電熱合金。不銹鋼具有良好的耐腐蝕性，鎳基電熱合金則是一種耐熱腐蝕的材料。兩種材料具有不同的成分配比、結構、制造方法，使其具有不同的性質與用途。不銹鋼的抗氧化性與耐酸堿腐蝕性使其可以在潮濕、酸性或堿性的環境中具有更長的使用壽命。鎳基電熱合金的耐熱腐蝕性使其廣泛用于制造實驗室電阻。本文也對鎳鉻合金對環境的影響進行了簡略分析，并給出了提高降解重金屬技術的建議。

關鍵詞：鎳鉻合金;歷史;顯微結構;性能;制備

Abstract： This article introduces the history， composition， microstructure， properties， applications and preparation methods of nickel-chromium alloys. In general， there are two types of nickel-chromium alloys， one is stainless steel， and the other is nickel-based electric heating alloy. Stainless steel has good corrosion resistance， and nickel-based electric heating alloy is a heat-resistant corrosion-resistant material. The two materials have different composition ratios， structures， and manufacturing methods， which make them have different properties and uses. The oxidation resistance and acid and alkali resistance of stainless steel make it have a longer service life in humid， acidic or alkaline environments. The heat and corrosion resistance of nickel-based electric heating alloys makes it widely used in the manufacture of laboratory resistors. This article also briefly analyzes the impact of nickel-chromium alloys on the environment， and gives suggestions for improving the degradation of heavy metals.

0? 引言

鎳鉻合金主要由鐵、鉻和鎳組成，按功能可分為兩類：不銹鋼和鎳基電熱合金（高溫合金）。鎳鉻合金已有100多年發展的歷史[1]，在人類社會有著廣泛的應用與重要的地位。鎳鉻合金的電熱勢和電熱勢速率很大，并且具有優越的抗氧化性。加之制造的容易和成本的低廉，這種合金很受歡迎。它不僅可用于制造實驗室中的電阻，在人們的日常生活中也可得到廣泛應用。鎳鉻合金生產方便，材料資源儲備充足且常見，一般不會出現供不應求的問題，所以它不是關鍵材料。本文依次從鎳鉻合金的發展歷史、微觀結構、主要性質與用途、制造方法、環境影響五個方面對鎳鉻合金展開綜述。

1? 鎳鉻合金歷史

不銹鋼：在第一次世界大戰中，一位英國科學家亨利·布萊葉（Henry Braille）奉命推動耐磨材料以及高強度合金的發展。他發明了一種含有豐富鉻的合金。這種合金雖然不耐磨，但抗氧化、耐酸堿。即使它不能用來制造武器，由于其高耐腐蝕性，它比一般餐具材料（如木材、鐵等）在酸性或堿性環境下使用壽命更長，所以它也是一種很好的餐具材料[2]。

鎳基電熱合金：這種合金是20世紀30年代末在英國研發的。鎳基電熱合金的發展分為兩個部分——元器件的改進和制造工藝的創新。在發展初期，這種合金具有高強度性。到中期時性能較好的單晶高溫合金被廣泛生產。而在發展后期，高鉻鎳基合金問世，它具有良好的耐熱腐蝕性能[1]。

2? 組成與顯微結構

不銹鋼：顯微組織有三種：奧氏體（圖1）、馬氏體（圖2）和雙相不銹鋼（圖3）。奧氏體和馬氏體的原子排列為面心立方堆積[3]。雙相不銹鋼（如Cr20Ni35所示）包括奧氏體和鐵素體，奧氏體部分為面心立方堆積，雙相不銹鋼部分為體心立方堆積[5]。大部分原子是金屬原子，所以它們通過金屬鍵連接，而其他非金屬原子在晶胞的體心或棱上。

鎳基電熱合金：這種合金是一種鎳基合金，也是一種高溫合金。鎳基電熱合金鎳含量高（如Cr20Ni80所示），這使其不同于不銹鋼。大部分鎳基耐腐蝕合金具有奧氏體結構[4]。在固溶時效處理后，奧氏體基體和晶界上也存在金屬間相和金屬碳氮化物。

3? 性能及應用

不銹鋼：不銹鋼有兩大特性——抗氧化性和耐酸堿性[6]。此外，不銹鋼中奧氏體的強度較低，但是雙相不銹鋼具有較高的強度，并且它們都具有良好的韌性。鎳和鉻的存在使不銹鋼具有抗氧化的性質，而且鎳還可以提高不銹鋼的耐酸或耐堿性[6]。憑借良好的耐腐蝕性，不銹鋼在日常生活中得到了廣泛的應用，它可以用來生產餐具和廚房用具，也可用于制造水管。即使處于一個酸性或堿性的環境里，不銹鋼依然具有較長的使用壽命。但在使用過程中，不銹鋼雖然具有優良的綜合力學性能與焊接性（熱裂傾向小），但是它的耐熱性低，只能在不超過600℃（工作溫度）的溫度下正常使用。