鎳質(zhì)量控制
介紹
鎳礦石可分為:砷礦石、硫化礦石和氧化礦石。一般來說,砷礦石和硫化物礦石是從地下開采的,有時是很深的礦井(2000米),而氧化礦石總是從露天礦山開采的,因為它們是在地表形成的。
元素符號:Ni
原子序數(shù):28
密度:8.9
摩爾質(zhì)量:58,7 g.mol-1
熔點:1440 °C
冶煉過程
這個過程可以總結(jié)如下:
- 第一階段 是濃縮,包括連續(xù)的部分焙燒,然后是還原熔煉:這涉及氧化氣氛中的高溫,其目的是通過盡可能地消除雜質(zhì),富集鎳元素。
如果砷礦石(鎳、鈷和砷的混合物),得到的物質(zhì)被稱為“黃渣”;如果與硫化礦石(鎳、銅和硫的混合物),得到的物質(zhì)被稱為“锍”。最后一次焙燒將得到的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氧化物。 - 第二階段 是對氧化礦石的處理,一般包括還原與金屬結(jié)合的氧化物或直接還原金屬鎳。
對于所存在的大量氧化物,可以進行不同的熱處理或化學(xué)作業(yè)過程,以還原特定的氧化物。
性能和應(yīng)用
鎳主要用于合金(配方)或用作催化劑:
- 不銹鋼,加入鎳可以提高耐腐蝕性能。
- 因瓦合金/鐵鎳鈷合金,一種熱膨脹系數(shù)極低的鐵、鎳(和鉻為鐵鎳鈷合金)合金,用于制表、地形測量設(shè)備等。
- 鍍銅鐵鎳合金和鐵鎳鈷合金, 一種銅、鎳和鐵的合金,與某些類型的玻璃具有相同的熱膨脹系數(shù)。
- 鈷鉻鎳合金, 是一種奧氏體高溫合金,由鈷、鉻、鎳、鐵和鉬組成,具有很高的耐腐蝕性。
- 鎳銀,是銅、鎳和鋅的合金,因其低氧化和銀色外觀,用于珠寶首飾、樂器、精密儀器、制表等。
- 鋁鎳鈷合金,用于制造永磁體(AlNiCo磁鐵)。
- 金鎳合金 因其顏色和優(yōu)良的機械性能等用于珠寶首飾。
然而,它的主要非合金用途是用作涂層。鎳涂層在大氣環(huán)境中可防止本體金屬生銹,結(jié)合其銀白色外觀,可用于防止腐蝕,改善機械性能(耐摩擦,磨損)和/或改善外觀。
這些涂覆操作稱為“鍍鎳”。有電解鍍鎳和化學(xué)鍍鎳兩種工藝。
各類鎳合金(%Ni > 50%)因其抗腐蝕/氧化性和抗蠕變性的應(yīng)用:
? 銅鎳合金(Monel), 比非合金鎳具有更強的機械抗腐蝕性,并且在化學(xué)環(huán)境中非常耐腐蝕。它們可被熱處理,加入鋁和鈦其合金將保持其耐腐蝕性能并具有增強的機械性能。因此,它們被用于海洋工業(yè),石油和天然氣工業(yè),蒸汽和水(淡水和海水)的運輸,電線電纜等。
牌號示例: Ni-Cu35(Monel或合金400);Ni-Cu35AlTi(Monel或K-500合金)。
? 鎳鉻合金, 具有較高的電阻率,非常好的抗氧化性和在高溫下良好的機械強度。由于這些特性,它們經(jīng)常被用于制作電熱電阻(電烤箱、烤面包機、烘干機等)。可在鎳鉻合金中加入鐵以增加其抗蠕變能力。
牌號示例: Ni-Cr20 (Chromel A); NiCr14Fe6 (Inconel 600).
? 鎳基高溫合金 是一種高性能合金,最初被用于渦噴發(fā)動機部件(航空工業(yè))。今天,它們也被用于發(fā)電、石油、汽車、化學(xué)、核工業(yè)等。它們的主要優(yōu)點在于高溫下優(yōu)異的機械性能(抗蠕變、抗氧化/腐蝕、延展性、疲勞等)。有些合金還具有低溫性能。鎳基高溫合金的鎳含量在50%以上。可以加入多種添加元素,并進行熱處理,通過改變合金的微觀組織來影響其力學(xué)性能。
牌號示例: Inconel (625, 718); Hastelloy; Nimonic; Rene等。
? 其他鎳合金, 如:
鎳鈦合金 (Ni-Ti) 又稱鎳鈦諾 受益于其形狀記憶和超彈性性能,使它們能夠在承受嚴重變形之后恢復(fù)其初始形狀。它們被用于航天工業(yè)(耦合套管、鎖緊釋放裝置、太陽能電池板)、生物醫(yī)學(xué)行業(yè)(儀器、心臟支架等)和日用品行業(yè)(服裝和運動設(shè)備等)。
帕莫合金(Permalloy) 是鎳和鐵合金,因其高磁導(dǎo)率和磁阻,以及低矯頑力和磁致伸縮而被應(yīng)用。
Alumel合金, 由95%的鎳(含錳、鋁和硅)組成,可用于制造熱電偶。
金相制備
無論何種材料,為了展示其最真實的微觀組織,需要進行一系列同樣重要的金相試樣制備步驟,順序如下:
? 標準化試樣外觀尺寸(如有必要),稱為“鑲嵌”。
? 提升樣品表面狀態(tài),稱為“研磨拋光”。
? 樣品表征:(如有必要)利用腐蝕劑腐蝕樣品獲取微觀組織信息,稱為“金相腐蝕”;通過光學(xué)或電子顯微鏡觀察。
=> 這些步驟中的每一步都必須嚴格執(zhí)行,否則其之后的步驟將無法展開。
切割
PRESI提供自小型精密切割機至中、大型切割設(shè)備,以適應(yīng)不同切割精度、切割尺寸以及切割效率需求:
耗材
![]() |
鎳及鎳合金 |
| 精密切割 | UTW S Ø180 mm MNF AO |
| 中型切割 | MNF AO S |
| 大型切割 | MNF AO S |
表1;選擇合適的切割輪
鑲嵌
高質(zhì)量的鑲嵌對保護易碎材料至關(guān)重要,同時也為后續(xù)拋光和其他分析獲得良好的制備結(jié)果。
鑲嵌前,試樣應(yīng)該用粗顆粒砂紙去毛刺,例如,去除任何切割毛刺。用乙醇清洗(在超聲波槽中,效率更高)。這使得樹脂盡可能地粘附在樣品上,從而限制收縮(樹脂和樣品之間的空間)。
如果持續(xù)收縮,會導(dǎo)致拋光過程中出現(xiàn)問題。磨料顆粒可能會滯留在試樣縫隙中,在后期釋放出來,則會對樣品和拋光表面造成污染的風(fēng)險。在這種情況下,建議在每個步驟之間用超聲波清洗機清洗。
兩種鑲嵌方法:
熱鑲嵌
該方法需經(jīng)由熱鑲嵌機實現(xiàn)。
:
? 全自動工作循環(huán)
? 操作簡便:參數(shù)設(shè)定、儲存、調(diào)用,保證高可重現(xiàn)性
? 25.4 – 50 毫米,6種內(nèi)模尺寸
+ POINT
冷鑲嵌
? 脆性材料,溫度/壓力敏感材料
? 復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu),如蜂窩結(jié)構(gòu)樣品
? 需要鑲嵌樣品數(shù)量較大時
可使用設(shè)備為:
+ POINT
耗材
![]() |
鎳及鎳合金 |
| 熱鑲嵌 | 環(huán)氧樹脂 酚醛 烯丙基 |
| 冷鑲嵌 | KM-U KM-B IP – IP FAST 2S* |
表2:選擇合適的鑲嵌樹脂
* 適用于大批量樣品
研磨拋光
PRESI提供一系列手動與自動研磨拋光設(shè)備,包含豐富的夾具、附件等配件,以滿足從預(yù)磨直至最終拋光、單個或批次樣品的工作需求。
采用了最先進的技術(shù),用戶友好,功能強大,可靠,操作簡便。
MECATECH系列臺式自動研磨拋光機 即可滿足手動工作,也可滿足自動工作需求。憑借其先進的技術(shù)理念,750-1500瓦的電機功率,可處理各種不同材料及滿足需要制備大量樣品的需求
耗材及磨拋工藝步驟
每種工藝的第一步都被稱為“求平”步驟,即快速去除材料(及鑲嵌樹脂)表面,使其平整。
施加于樣品的壓力將由其面積尺寸決定。通常而言,在粗磨步驟中,每10毫米直徑樣品可施加1daN(10牛頓)力,即Ø40mm=4daN,并在之后的每個拋光步驟中逐步遞減0.5daN.
磨拋工藝步驟 N°1
| N° | 磨拋介質(zhì) | 懸浮液/潤滑液 | 底盤轉(zhuǎn)速 (RPM) |
工作頭轉(zhuǎn)速 (RPM) |
旋轉(zhuǎn)方向-底盤/工作頭 | 時間 |
| 1 | SiC P320 | Ø / 水 | 300 | 150 | 1’ | |
| 2 | TOP | 9μm LDP / Reflex Lub | 150 | 135 | 4’ | |
| 3 | RAM | 3μm LDP / Reflex Lub | 150 | 135 | 2’ | |
| 4 | NT | 1μm LDP / Reflex Lub | 150 | 135 | 1’ | |
| 5 | SUPRA | SPM / 水 | 150 | 100 | 1’ |
可用N°3氧化鋁懸浮液(0.8μm)代替上述氧化物拋光階段所使用的SPM二氧化硅懸浮液。
上述磨拋工藝是完整的,但也可根據(jù)實際檢測需求進行合理調(diào)整。
如果鎳不是被磨拋的主要材料,則需要根據(jù)實際對象來調(diào)整具體工藝。
在此制備后,可以直接觀察拋光試樣,而無需金相蝕刻。
鎳及其合金的金相腐蝕通常使用ADLER試劑進行。金相腐蝕在不同的成分組織之間產(chǎn)生不同的高度差或顏色差,以利顯微觀察。
金相觀察
PRESI VIEW圖像軟件制作:
圖8和9:鎳合金緊固件拋光至1μm(5X和20X物鏡)
圖10和11:高溫合金拋光至SPM(20X和50X物鏡)
圖12和13:高溫合金拋光至SPM(20X和100X物鏡)
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