Если нашими предками использовалось относительно немного металлов – медь, железо, олово, свинец и золото с серебром – то сегодня промышленностью на постоянной основе используется чуть ли не вся таблица элементов Менделеева.
Одно из почётных мест в списке наиболее важных для металлургии элементов занимает никель – серебристый, очень блестящий металл, обладающий рядом полезнейших качеств.
Что такое никель?
История не сохранила имени человека, открывшего никель, так как этот металл известен людям очень давно. Первые его образцы были найдены в содержимом метеоритов, поэтому представляли собой огромную редкость. Они использовались для изготовления талисманов и «заколдованного» оружия, которое никогда не покрывалось ржавчиной.
Никелевая руда в Средневековье часто встречалась в медных рудниках Саксонии, но тогда люди не умели выплавлять из неё металл. Немецкие рудокопы называли её «купферникелем», или ложной медью, и презрительно отбрасывали. Бытовало поверье, что зловредный гном Старый Ник превращает медную руду в негодные камни. Выделить из никелевой руды чистый металл сумел в 1775 году шведский естествоиспытатель А. Кронстедт, но найти ему применение тогда не смогли.
Обладая хорошей пластичностью, никель легко куётся и практически не окисляется под действием воздуха или воды, покрываясь тонкой оксидной плёнкой, которая защищает его от дальнейшего окисления. Но если измельчить металл до состояния порошка, то при контакте с воздухом он легко вспыхнет, окисляясь с выделением большого количества тепла. Температура его плавления достаточно высока и достигает 1455 градусов Цельсия.
Это металл серебристого цвета с лёгкой желтизной, обладающий сильным блеском и легко полирующийся. Ему присущи ферромагнитные качества, т.е. он притягивается магнитом. Высокая твёрдость и коррозионная стойкость сделали его чрезвычайно востребованным современной промышленностью.
Для чего нужен никель?
Основная сфера применения никеля сегодня – это производство высоколегированных нержавеющих сталей. Добавляя в расплав железа никель и хром, металлурги выплавляют чрезвычайно прочные, но в то же время пластичные сплавы с высокой коррозионной стойкостью. Поверхность металла получается блестящей и хорошо поддаётся полировке, причём сплавы сохраняют свои качества при длительном и многократном нагревании до высоких температур.
Нержавеющая и термостойкая сталь необходима в ряде отраслей промышленности, в первую очередь – в пищевом производстве, нефтехимии, авиастроении, автомобильном производстве, станкостроении и т.д. Военная промышленность выпускает броневую сталь, содержащую никель.
Не менее востребованы никельсодержащие стали в строительной отрасли. Из них изготавливают интерьерные элементы зданий – перила, ограждения, балюстрады, элементы входных групп. В мебельной промышленности сегодня используются профилированные элементы из нержавеющей полированной стали, фурнитура, мебельные механизмы и т.д. Ещё одна широчайшая сфера применения никеля – изготовление из нержавеющей стали разнообразной домашней утвари (посуды, столовых приборов и др.) и бытовых приборов.
Часто никель используется для защиты чугунных и стальных изделий от коррозии в качестве покрытия. Никелирование производится химическим и гальваническим способами. Никелированные конструкционные детали необходимы в химической промышленности, в производстве щелочных аккумуляторов для автотехники, так как этот металл устойчиво к воздействию кислотных и щелочных растворов. Никель и его соединения нередко выступают катализаторами в ряде химических процессов. Нагревательные элементы, содержащие никель (алюмелевые, нихромовые, пермаллой, монель и т.д.), обладают высокой тепловой эффективностью и используются как в промышленном оборудовании, так и в бытовой технике.
Благодаря яркому блеску и высокой твёрдости никель во многих государствах входит в состав монет. В отличие от более мягких серебра и меди, никельсодержащие монеты используются в течение десятков лет, практически не истираясь. Конечно, блеск понемногу тускнеет, но даже старые монеты обладают прекрасно сохранившимся тиснением.
Особенности и свойства никеля, сферы применения
За десятки лет до появления никеля в Саксонии знали о медной руде, но извлечь ее у горняков не получалось. Позже этим вопросом заинтересовался Аксель Крондстедт, ему удалось получить новый металл. Очистить его и установить, что он похож на железо, удалось Бергману.
Основные сведения Никель есть в мельхиоровых монетах, а также в перезаряжаемых аккумуляторах смартфонов. Металл не так высоко ценится, как золото, серебро или титан, но ему находится применение во многих областях, даже в аэрокосмической сфере. Этот материал на протяжении тысячелетий добавлялся в сплавы, но официально его признал только в 1751 году. Металл проявляет щелочные, кислотные свойства, он пластичный, но имеет твердую структуру, легкий. После выплавления в листы материал становится малоактивным веществом, а после измельчения в порошок он самовоспламеняется на воздухе. В основном вещества в этом состоянии покрываются оксидной пленкой, которая выступает прочным защитным слоем. По этой причине металл используют для никелирования разных предметов. То есть, на них наносится тонкий слой, защищающий другие материалы от коррозии. Предметы из одного никеля используются только на ответственных участках. В промышленных производствах его добавляют в сплавы, чтобы материал получил такую же высокую стойкость к коррозии. Содержится в основе всех нержавеющих конструкций. Даже его низкая концентрация обеспечивает долговечность и прочность. Никелевые сплавы считаются жаростойкими, устойчивыми к силовым нагрузкам, высокой температуре, износостойкими. Сырье используется лишь в 9% случаев. Около 6% из них тратится на никелирование, а все остальное уходит на сплавы. В сравнении с металлами этот материал легче и дешевле, помимо этого, обладает следующими особенностями: Его тяжело добывать, поскольку в природе он встречается связанным. Самородки встречаются в метеоритах, поэтому для получения элементов требуются дорогие технологии. Из никеля получаются тонкие листы, поскольку при высокой прочности он еще и вязкий. Металл устойчив к коррозии. Он передает это свойство сплаву, в состав которого сам входит. Никелирование используется в промышленности для посуды и столовых приборов, а также в сфере строительства. Покрытые этим элементом материалы долговечны, гигиеничны и безвредны для человека. Сплавы на основе никеля имеют уникальные качества, поэтому их используют для атомных реакторов, реактивных двигателей и прочей техники. Сплавов с использованием никеля существует более 3000. Металл самостоятельно намагничивается, в связи с этим его применяют для создания постоянных магнитов. На производстве никелем заменяют свинец и серебро, поскольку он дешевле и имеет более высокие характеристики электропроводности. Обработка При использовании никеля выбирают способ нанесения защитного слоя. Для этого существует химическая и электролитическая технология. Электролитическая Покрытие наносится в ванне с заготовкой, электродом и электролитом. Ток подается из трансформатора или лабораторного источника. Покрытие получается однородным, наличие дефектов сводится к минимуму, поры отсутствуют. Нанесение выполняется следующим образом: Возьмите емкость, в которую без труда поместится деталь. Положите электрод и закрепите заготовку на кронштейне так, чтобы они не дотрагивались до стенок. Добавьте электролит. Найдите источник питания с мощностью до 6В и силой тока 1,2 А. Прикрепите к детали отрицательный заряд, а к аноду положительный. Включите источник питания. Помните, что в зависимости от времени подачи тока формируется разная толщина покрытия. Выключите ток, как только желаемый эффект получен. Отшлифуйте изделие, если в этом есть необходимость. Химическая Благодаря этому методу никелевый слой получается более прочным. Его проще реализовать дома, поскольку опыт или специальные навыки не требуются. У химической обработки есть свои недостатки: она не используется для деталей сложной формы или с шершавой поверхностью, а также неравномерно распределяется в труднодоступных местах. Процесс нанесение слоя: Смешайте реактивы с водой в глубокой емкости. Важно, чтобы она не повредилась от используемых компонентов. Нагрейте раствор, а после закипания добавьте NaPO2H2. Возьмите металлическую емкость, покрытую эмалью, сделайте диэлектрический держатель. Конструкцию формируют так, чтобы деталь не касалась стенок. Добавьте электролит, а затем опустите на держателе деталь. Доведите смесь до закипания, а затем оставьте на 2–3 часа в растворе. Время регулируется в зависимости от желаемого эффекта. Вытащите деталь и промойте гашеной известью. Помимо описанных способов существует черное никелирование. Его используют в декоративных или технических целях. Высокими защитными свойствами оно не обладает, но придает глубокий черный цвет из-за большого количества цинка. Сплавы На основе никеля выполняют множество сплавов, они крайне важны для народного хозяйства. Перечислим основные компоненты, с которым соединяется металл: С хромом. Это сверхпрочные материалы, которые устойчивы к коррозии, высокой температуре. Их используют для атомных реакторов, камер сгорания, реактивных двигателей. С железом. Твердые растворы делятся на жаропрочные, магнитные, упругие, антикоррозийные. Их используют для создания химического оборудования, электротехники, газовых турбин. С медью. В этих сплавах металлы полностью растворяются друг в друге. Коррозионные и остальные качества определяются пропорциями веществ. С молибденом. Эти составы устойчивы к кислотам и высокой температуре. Благодаря своим качествам сплав используется в химической промышленности. В чистом виде материал используют в основном для никелирования. За счет этого от коррозии защищается мебельная фурнитура, металлические трубы, столовые предметы, краны, смесители и пр. Обработанные металлом изделия сохранят привлекательный внешний вид и будут защищены от влаги.