以镍为基加入其他合金元素组成的重有色金属材料。为了进一步提高镍的物理性能和化学性能,满足科学技术和工业发展的要求,需在镍中添加适量的合金元素。

属于重有色金属材料的镍合金主要有电真空用镍合金、热电偶用镍合金、蒙乃尔合金、镍铍合金和合成金刚石用镍基触媒合金等。

镍合金的铸锭或铸件主要采用真空熔铸法生产。铸锭首先经热轧、挤压或锻造开坯、经中间热处理后再进行轧制或拉伸,最后加工成所需的成品。有些镍基高温合金直接使用铸件或采用粉末冶金方法制成所需的零件使用。

镍合金主要用于电子、化工、机械、医疗、能源开发和航海、航空及航天等部门。

添加的合金元素有两大类:一类是能与镍形成固溶体的固溶强化元素,如铜、钴、铁、铬、钼、钨、锰等;另一类是与镍形成中间化合物强化相的元素,如铝、硅、铍、钛、锆、铪、钒、铌和钽等。此外,为了特定的目的和用途,有时还添加 一些微量元素,如稀土元素、硼、镁、钙、锶和钡等。镍中添加固溶强化元素时,其强度、硬度、抗震性、耐蚀性、抗氧化性、高温强度和某些物理性能,如磁性、热电势、电阻系数等都明显提高,而膨胀系数、对铜的热电势和电阻温度系数则大大降低。镍中添加能形成强化相的合金元素时,材料的性能,特别是高温力学性能、耐蚀性和某些物理性能,将会进一步提高。合金中添加微量元素或则为了消除有害杂质对合金性能的不良影响、或则为了使合金获得一些特殊的物理性能、或则为了强化合金晶界,从而保证合金制品具有更好的使用效果和更长的使用寿命。

按用途分为:

1、镍基高温合金。主要合金元素有铬、钨、钼、钴、铝、钛、硼、锆等。其中铬起抗氧化和抗腐蚀作用,其他元素起强化作用。在650~1000℃高温下有较高的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀能力,是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。用于制造航空发动机叶片和火箭发动机、核反应堆、能源转换设备上的高温零部件。

2、镍基耐蚀合金。主要合金元素是铜、铬、钼。具有良好的综合性能,可耐各种酸腐蚀和应力腐蚀。最早应用的是镍铜合金,又称蒙乃尔合金;此外还有镍铬合金、镍钼合金、镍铬钼合金等。用于制造各种耐腐蚀零部件。

3、镍基耐磨合金。主要合金元素是铬、钼、钨,还含有少量的铌、钽和铟。除具有耐磨性能外,其抗氧化、耐腐蚀、焊接性能也好。可制造耐磨零部件,也可作为包覆材料,通过堆焊和喷涂工艺将其包覆在其他基体材料表面。

4、镍基精密合金。包括镍基软磁合金、镍基精密电阻合金和镍基电热合金等。最常用的软磁合金是含镍80%左右的玻莫合金,其最大磁导率和起始磁导率高,矫顽力低,是电子工业中重要的铁芯材料。镍基精密电阻合金的主要合金元素是铬、铝、铜,这种合金具有较高的电阻率、较低的电阻率温度系数和良好的耐蚀性,用于制作电阻器。镍基电热合金是含铬20%的镍合金,具有良好的抗氧化、抗腐蚀性能,可在1000~1100℃温度下长期使用。

5、镍基形状记忆合金。含钛50(at)%的镍合金。其回复温度是70℃,形状记忆效果好。少量改变镍钛成分比例,可使回复温度在30~100℃范围内变化。多用于制造航天器上使用的自动张开结构件、宇航工业用的自激励紧固件、生物医学上使用的人造心脏马达等。

镍合金可应用于以下行业:

1、热处理工业。如炉辊、钟式炉及退火炉等。

2、煅烧炉。如用其来煅烧生产高性能刚玉,煅烧铬铁矿,以生产铬铁合金,回收在石油化工中用作催化剂的镍。

3、化工和石油化工,用其制备新的蒸汽裂化粗汽油炉,以生产氢等。

4、自动化装置。如催化支撑系统,火花塞。

5、核工业用清洗设备,如核废料清除。

6、钢铁工业。如直接还原铁矿石工艺,生产海绵钛。

1905年美国生产的蒙乃尔合金,是最早的镍基耐蚀合金。1906年美国开始生产镍铬钼铜耐蚀合金。1920年德国生产镍铬钼耐蚀合金。1941年英国生产镍铬钛合金。1953年前苏联生产电真空器件用镍钨钙合金。1958年美国生产电真空器件用镍钨锆合金。中国50年代初期开始生产镍基耐蚀合金、镍基测温材料;60年代初期研制生产电真空器件用镍合金、镍基高温合金等;70年代初期生产合成金刚石用镍基触媒合金和镍铍弹性合金。