有色金属材料学课件

有色金属材料学有色金属材料学 -镍及镍基高温合镍及镍基高温合金金1.镍在自然界的分布镍在自然界的分布镍在地壳中的质量分数为8.010-3%镍的重要矿物有：硅镁镍矿(Ni,Mg)6Si4O10(OH)8，镍黄铁矿(Ni,Fe)9S10，黄/针镍矿NiS,红(砷)镍矿NiAs，辉砷镍矿NiAsS。我国甘肃等地有镍矿存在，镍的硫化物矿储量居世界第二位。古巴是世界上最著名的蕴藏镍矿的国家，在多米尼加也有大量的镍矿。海底的锰结核中镍的储量很大，是镍的重要远景资源。镍棒镍制银元镍矿石镍板2.镍单质的性质镍单质的性质物理性质：物理性质：银白色具有光泽的强磁性金属，具有良好的延展性，密度8.9g/cm3，熔点1455，沸点2730。化学性质化学性质:(1)常温下表面被空气氧化生成薄而致密的NiO氧化膜，有良好的耐腐蚀性;加热条件下镍能与O2、S、Cl2、Br2剧烈反应生成Ni2+化合物，镍加热与氟反应生成氟化物保护膜阻止反应进行；(2)镍很难与强碱反应，可以用镍质坩埚熔融强碱；(3(3)常温下，镍在浓硝酸中成钝态反应缓慢，与稀硝酸缓慢反应，与盐酸、硫酸反应特别缓慢；加热后都反应比较迅速。(4)(4)镍同铂、钯一样，钝化时能吸大量的氢，粒度越小，吸收量越大，微细的镍粉最多可吸收935倍于自身体积的氢。(5)(5)镍是在常压和60温度下，直接与CO生成羰基镍Ni(CO)4，后者为无色易挥发液体，羰基镍生成反应是可逆的，180高温下羰基镍又可分解为CO和镍，Ni+4CO =Ni(CO)4。3.镍单质的制备方法镍单质的制备方法（1）电解法：将富集的硫化物矿焙烧成氧化物，用炭还原成粗镍，再经电解得纯金属镍。（2）羰基化法：将镍的硫化物矿与一氧化碳作用生成四羰基镍，加热后分解，又得高纯金属镍。（3）氢气还原法：用氢气还原氧化镍，可得金属镍。4.镍的主要用途镍的主要用途（1 1）氧化镍常用来制造铁镍碱性蓄电池。氢氧化镍常作为镍镉、镍氢电池的正极材料（2 2）制作颜料和染料。如由TiO2,NiO和Sb2O3构成的具有金红石或尖晶石结构的橙黄色染料（3 3）制作陶瓷和铁素体。如陶瓷工业上常用NO作着色剂，此外，还能增加料坯与铁素体间的钻结性，并使料坯表面光洁致密。5.高温合金的概述高温合金的概述概念：概念：高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。性能特点性能特点：高温合金具有较高的高温强度；良好的抗氧化和抗热腐蚀性能；良好的疲劳性能、断裂韧性、塑性。组织特点组织特点：高温合金为单一（奥氏体）基体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用的可靠性。60年代中期生产工艺的革新6.Ni基高温合金发展简史基高温合金发展简史铸造高温合金50年代中后期定向凝固高温合金60年代中期变形高温合金30年代末单晶高温合金70年代中期7.高温合金的分类高温合金的分类u高温合金材料按制造工艺高温合金材料按制造工艺，可分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金和发散冷却高温合金。u按合金基体元素按合金基体元素，可分为铁基、镍基和钴基高温合金，使用最广的是镍基高温合金，其高温持久强度最高，钴基高温合金次之，铁基高温合金最低。u按强化方式按强化方式，可分为固溶强化高温合金、时效强化高温合金和氧化物弥散强化高温合金。u按主要用途按主要用途又可分为板材合金、棒材合金和盘材合金8.高温合金的表示方法高温合金的表示方法p我国高温合金我国高温合金：汉语拼音字母成形方式强化类型与基体组元p变形高温合金变形高温合金：“GH 4位阿拉伯数字”“G”、“H”分别为“高”、“合”汉语拼音的第一个字母 “GH”后的第一位数字为分类号：l和2铁基或铁镍基高温合金 3和4镍基合金 5和6钴基合金 1、3和5固溶强化型 2、4和6时效沉淀强化型 “GH”后的第2、3、4位数字则表示合金的编号。GH4169：时效沉淀强化型镍基高温合金，编号169p铸造高温合金铸造高温合金：“K 3位阿拉伯数字”。“K”后第1位数字表示分类号，其含义与变形合金相同 2、3位数字合金编号。K418：时效沉淀强化型镍基铸造高温合金，编号189.合金元素在变形高温合金中的作用合金元素在变形高温合金中的作用铬铬在镍基变形高温合金中的主要作用：在镍基变形高温合金中的主要作用：增加抗氧增加抗氧化及耐蚀能力化及耐蚀能力。20世纪世纪4050年代发展的镍基变形高温合金中铬年代发展的镍基变形高温合金中铬含量高达含量高达18%20%，在，在60年代，为了提高高温年代，为了提高高温强度，将铬含量降低到强度，将铬含量降低到8%12%。过度降铬有损过度降铬有损抗氧化、耐蚀能力。抗氧化、耐蚀能力。10.镍基材料在水中的摩擦学性能及镍基材料在水中的摩擦学性能及磨损机理研究磨损机理研究l 镍基材料镍基材料在水环境中的摩擦系数比干摩擦降低了一半左右，磨损率仅为干摩擦下的115，水环境中，负荷和速度的变化对摩擦系数的影响不大，摩擦系数基本保持在028032之间，磨损率随负荷和滑动速度的增加而不断增加。l磨损表现磨损表现为机械微切削；摩擦副表面吸附水的边界润滑作用以及水的冷却作用使材料容易耗散摩擦热，塑性变形减小，严重粘着磨损明显减轻。水的存在使不锈钢偶件更容易发生氧化，同时暴露于磨损表面的SiC以及由于水的渗透而导致与基体脱粘的SiC，易被氧化生成SiO2，进而SiO2发生水合反应在磨擦对偶表面生成不均匀的SiO2nH2O水合反应膜，起到了一定的减磨润滑作用，显著降低摩擦系数和磨损率。11.镍基高温合金的用途镍基高温合金的用途 镍基变形高温合金广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机的热端部件，如工作叶片，导向叶片、涡轮盘和燃烧室等。燃气轮机涡轮零件燃气轮机涡轮零件 高温合金汽车增压器喷嘴环叶片高温合金汽车增压器喷嘴环叶片 12.镍基高温合金的发展镍基高温合金的发展近年来，随着国家近年来，随着国家大型飞机、载人航大型飞机、载人航天、新型能源等领天、新型能源等领域的快速发展，使域的快速发展，使高温合金铸件的产高温合金铸件的产量大幅提高。高温量大幅提高。高温合金的市场需求处合金的市场需求处于逐步扩大和增长于逐步扩大和增长状态状态。国产大飞机Nickel载人航天新能源中国航母1234谢谢 谢谢