鎳鉻合金材料的應(yīng)用

王蕤

摘要：本文介紹了鎳鉻合金的歷史、成分、顯微結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)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(jié)構(gòu)、制造方法，使其具有不同的性質(zhì)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(huán)境中具有更長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)室電阻。本文也對(duì)鎳鉻合金對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行了簡(jiǎn)略分析，并給出了提高降解重金屬技術(shù)的建議。

關(guān)鍵詞：鎳鉻合金;歷史;顯微結(jié)構(gòu);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(fā)展的歷史[1]，在人類社會(huì)有著廣泛的應(yīng)用與重要的地位。鎳鉻合金的電熱勢(shì)和電熱勢(shì)速率很大，并且具有優(yōu)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(shí)驗(yàn)室中的電阻，在人們的日常生活中也可得到廣泛應(yīng)用。鎳鉻合金生產(chǎn)方便，材料資源儲(chǔ)備充足且常見(jiàn)，一般不會(huì)出現(xiàn)供不應(yīng)求的問(wèn)題，所以它不是關(guān)鍵材料。本文依次從鎳鉻合金的發(fā)展歷史、微觀結(jié)構(gòu)、主要性質(zhì)與用途、制造方法、環(huán)境影響五個(gè)方面對(duì)鎳鉻合金展開(kāi)綜述。

1? 鎳鉻合金歷史

不銹鋼：在第一次世界大戰(zhàn)中，一位英國(guó)科學(xué)家亨利·布萊葉（Henry Braille）奉命推動(dòng)耐磨材料以及高強(qiáng)度合金的發(fā)展。他發(fā)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(lái)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(huán)境下使用壽命更長(zhǎng)，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(jì)30年代末在英國(guó)研發(fā)的。鎳基電熱合金的發(fā)展分為兩個(gè)部分——元器件的改進(jìn)和制造工藝的創(chuàng)新。在發(fā)展初期，這種合金具有高強(qiáng)度性。到中期時(shí)性能較好的單晶高溫合金被廣泛生產(chǎn)。而在發(fā)展后期，高鉻鎳基合金問(wèn)世，它具有良好的耐熱腐蝕性能[1]。

2? 組成與顯微結(jié)構(gòu)

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(guò)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(jié)構(gòu)[4]。在固溶時(shí)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(yīng)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(qiáng)度較低，但是雙相不銹鋼具有較高的強(qiáng)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(zhì)，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(yīng)用，它可以用來(lái)生產(chǎn)餐具和廚房用具，也可用于制造水管。即使處于一個(gè)酸性或堿性的環(huán)境里，不銹鋼依然具有較長(zhǎng)的使用壽命。但在使用過(guò)程中，不銹鋼雖然具有優(yōu)良的綜合力學(xué)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(guò)600℃（工作溫度）的溫度下正常使用。