Niken và Hợp Kim Niken

Niken là một kim loại đa năng được tìm thấy rất nhiều trong vỏ và lõi của trái đất. Được phát hiện và phân lập lần đầu tiên bởi Axel Fredrik Cronstedt, một nhà hóa học và khoáng vật học người Thụy Điển, niken thể hiện một số đặc tính mong muốn khiến nó trở nên hữu ích trong các ứng dụng công nghiệp. Thứ nhất, niken rất dẻo và có giá trị như một nguyên tố hợp kim để thay đổi tính chất của các kim loại khác. Ví dụ, các loại thép không gỉ có thể được tạo ra bằng cách bổ sung niken để tạo ra các hợp kim có khả năng chống ăn mòn và độ bền nhiệt độ cao, làm cho chúng trở nên lý tưởng để sử dụng trong các nhà máy hóa chất nơi có thể tiếp xúc với các chất ăn da. Bài viết này sẽ tập trung vào việc xem xét các loại hợp kim niken khác nhau thường có. Định nghĩa hợp kim trong trường hợp hợp kim niken là định nghĩa trong đó niken là nguyên tố chính (tức là có nồng độ cao nhất trong tất cả các kim loại trong hợp kim). Thuộc tính của niken Niken, có ký hiệu hóa học là Ni, có bề ngoài màu trắng bạc và là một nguyên tố nguyên thủy, có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt. Nó có từ tính ở nhiệt độ phòng và có nhiệt độ Curie là 253 o C (487 o F). Bảng 1 dưới đây tóm tắt một số tính chất và đặc điểm vật lý chính khác của niken. Bảng 1 - Đặc điểm và Tính chất của Niken (Ni)

Trong bảng tuần hoàn hóa học niken là một nguyên tố kim loại màu trắng bạc có số hiệu nguyên tử là 28. Đặc biệt niken thường chỉ xuất hiện ở dạng hợp chất như là thép không gỉ, hợp kim.. ta rất ít khi tìm thấy niken ở dạng nguyên chất. 
Ngoài tự nhiên, người ta rất ít khi tìm được niken nguyên chất. Đa số niken đều tồn tại dưới dạng hợp chất. Ví dụ, thép không gỉ, hợp kim,…

♦Các Loại Hợp Kim Niken Phổ Biến

Niken hợp kim dễ dàng tương tác với hầu hết các kim loại như đồng, crom, sắt và molypden. Việc bổ sung niken vào các kim loại khác làm thay đổi các đặc tính của hợp kim tạo thành và có thể được sử dụng để tạo ra các đặc tính mong muốn như cải thiện khả năng chống ăn mòn hoặc oxy hóa, tăng hiệu suất ở nhiệt độ cao hoặc hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn, chẳng hạn.

các phần dưới đây trình bày thông tin về từng loại hợp kim niken này.

►Hợp Kim Niken-Sắt

Hợp Kim Niken-Sắt hoạt động trong các ứng dụng mà đặc tính mong muốn là tốc độ giãn nở nhiệt thấp. Invar 36 ® , cũng được bán với tên thương mại là Nilo 6 ® hoặc Pernifer 6 ® , thể hiện hệ số giãn nở nhiệt bằng khoảng 1/10 của thép cacbon. Mức độ ổn định kích thước cao này làm cho hợp kim niken-sắt hữu ích trong các ứng dụng như thiết bị đo lường chính xác hoặc thanh điều chỉnh nhiệt. Các hợp kim niken-sắt khác có nồng độ niken lớn hơn được sử dụng trong các ứng dụng mà các đặc tính từ mềm là quan trọng, chẳng hạn như máy biến áp, cuộn cảm hoặc thiết bị lưu trữ bộ nhớ.

►Hợp Kim Niken-Đồng

Hợp Kim Niken-Đồng có khả năng chống ăn mòn rất tốt bởi nước mặn hoặc nước biển và do đó được ứng dụng trong các ứng dụng hàng hải. Ví dụ, Monel 400 ® , cũng được bán dưới tên thương mại Nickelvac ® 400 hoặc Nicorros ® 400, có thể được ứng dụng trong các hệ thống đường ống biển, trục máy bơm và van nước biển. Hợp kim này có nồng độ tối thiểu là 63% niken và 28-34% đồng.

►Hợp Kim Niken-Molypden

Hợp Kim Niken-Molypden có khả năng chống hóa chất cao đối với axit mạnh và các chất khử khác như axit clohydric, hydro clorua, axit sunfuric và axit photphoric. Thành phần hóa học cho hợp kim loại này, chẳng hạn như Alloy B-2 ® , có nồng độ molypden từ 29-30% và nồng độ niken từ 66-74%. Các ứng dụng bao gồm máy bơm và van, miếng đệm, bình áp lực, bộ trao đổi nhiệt và các sản phẩm đường ống.

►Hợp Kim Niken-Crom

Hợp Kim Niken-Crom được đánh giá cao nhờ khả năng chống ăn mòn cao, độ bền nhiệt độ cao và khả năng chịu điện cao. Ví dụ, hợp kim NiCr 70/30, còn được ký hiệu là Ni70Cr30, Nikrothal 70, Resistohm 70 và X30H70 có điểm nóng chảy là 1380 o C và điện trở suất là 1,18 μΩ-m. Các phần tử gia nhiệt như lò nướng bánh mì và các lò sưởi điện trở khác sử dụng hợp kim niken-crom . Khi được sản xuất ở dạng dây, chúng được gọi là dây Nichrome ® .

►Hợp Kim Niken-Crom-Sắt

Hợp Kim Niken-Crom-Sắt kết hợp các yếu tố này để tạo ra hợp kim chống lại quá trình oxy hóa và ăn mòn ở nhiệt độ cao. Hợp kim 800, được bán dưới tên thương mại Incoloy 800 ® , Ferrochronin ® 800, Nickelvac ® 800, và Nicrofer ® 3220, được sử dụng trong các thành phần của lò như ống cracker lò hóa dầu và làm vật liệu để bọc các phần tử gia nhiệt điện. Các hợp kim này nói chung cũng được đánh giá cao vì đặc tính rão và đứt gãy tối ưu ở nhiệt độ cao. Thành phần của những hợp kim này thường là 30-35% Niken, 19-23% Crom và tối thiểu là 39,5% Sắt. Nồng độ sắt cao đã dẫn đến việc phân loại lại các hợp kim này thành thép không gỉ.

►Hợp Kim Niken-Crom-Molypden

Với các ứng dụng tương tự đối với hợp kim Niken-Molypden, hợp kim Niken-Crom-Molypden cũng cung cấp khả năng chống ăn mòn cao, đặc biệt là đối với các axit khử như axit clohydric và axit sulfuric. Một trong những hợp kim được biết đến nhiều nhất là Hợp kim C-276, cũng được bán dưới các tên thương mại Hastelloy C276 ® , Nickelvac ® HC-276, Inconel ® 276 và Nicrofer ® 5716. Hợp kim này được sử dụng trong các ống lót, ống dẫn ngăn xếp kiểm soát ô nhiễm , và máy lọc, cũng như trong các thành phần xử lý hóa học như bộ trao đổi nhiệt, thiết bị bay hơi hoặc bình phản ứng. Thành phần của hợp kim này chủ yếu là niken với 15-17% molypden, 14,5-16,5% crôm, 4-7% sắt, 3-4,5% vonfram, và nồng độ nhỏ hơn của các nguyên tố khác như mangan.

►Hợp Kim Niken-Crom-Coban

Những hợp kim niken này thêm crom và molypden để tăng cường độ đứt gãy cho hợp kim. Hợp kim 617 là một ví dụ, được bán dưới tên thương mại Inconel 617 ® và Nicrofer ® 617, có thành phần 20-24% crom, 10-15% coban và 8-10% molypden với hàm lượng niken tối thiểu là 44,5%. . Các ứng dụng cho các hợp kim này bao gồm các thành phần lò công nghiệp, tuabin khí, giá đỡ lưới xúc tác để sản xuất axit nitric, và các cơ sở sản xuất nhiên liệu hóa thạch.

►Hợp Kim Niken-Titan

Hợp kim niken-titan có tính năng duy trì hình dạng các đặc tính nhớ hình dạng. Bằng cách tạo hình dạng từ hợp kim này ở nhiệt độ cao hơn và chúng làm biến dạng nó từ hình dạng đã hình thành đó ở nhiệt độ thấp hơn, hợp kim sẽ ghi nhớ hình dạng ban đầu và biến đổi thành hình dạng đó sau khi được nung nóng đến cái gọi là nhiệt độ chuyển tiếp này. Bằng cách kiểm soát thành phần của hợp kim, nhiệt độ chuyển tiếp có thể được thay đổi. Những hợp kim này có đặc tính siêu đàn hồi có thể được khai thác để cung cấp, trong số các ứng dụng khác, một chất giảm chấn chống lại tác hại của động đất để giúp bảo vệ các tòa nhà bằng đá.

♦Tên Thương Mại Hợp Kim Niken Phổ Biến

Dưới đây trong Bảng 2 là một số tên thương mại phổ biến hơn của các loại hợp kim niken được bán trên thị trường.

Bảng 2 - Các loại hợp kim niken phổ biến và tên thương mại

Thông báo nhãn hiệu:

Các tên thương mại Hợp Kim Niken, nhãn hiệu và nhãn hiệu đã đăng ký được đề cập trong bài viết này là tài sản của chủ sở hữu tương ứng của chúng, như được hiển thị bên dưới: 1. Hastelloy ® là nhãn hiệu đã đăng ký của Haynes International. 2. Monel ® , Inconel ® , Ni-Span ® , Nimonic ® , Incoloy ® , Nilo 6 ® , và Nilo 42 ® , và là các nhãn hiệu đã đăng ký của Special Metals Corporation. 3. Waspaloy 25 ™ là thương hiệu của United Technologies / Pratt & Whitney. 4. Pernifer 6 ® , Nimofer ® , và Nicorros ® là các nhãn hiệu đã đăng ký của ThyssenKrupp-VDM, Đức. 5. Nitronic ® , 15-7 MO, 15-5 PH, 17-4 Ph, 17-7 PH, PH 13-8 MO là các nhãn hiệu đã đăng ký của AK Steel Corporation. 6. Maraging C250 ™, Maraging 250 ™, Maraging 300, Maraging C300 ® , Maraging C350 ™, Rene, Nickelvac ® , Nicrofer ® & Vascomax là các nhãn hiệu đã đăng ký của Allegheny Technologies (ATI), Pittsburgh, PA 7. Invar 36 ® là nhãn hiệu đã đăng ký của Carpenter Technology Corporation. 8. Invar ® là nhãn hiệu đã đăng ký của Arcelor Mittal.

THÔNG TIN SẢN PHẨM

Phú Giang Nam Metal đang cung cấp vật liệu hợp kim Ni-ken uy tín, chất lượng

♦ Tính chất vật lý và hóa học của niken
Ngoài màu sắc ánh bạc mà ta thường thấy thì niken có đặc điểm cấu tạo rất cứng tuy nhiên thì lại rất dễ để tạo hình như kéo dãn, uốn cong, dát mỏng. 
Niken có nhiệt độ nóng chảy lên tới 1455 độ C, vì thế thường được ứng dụng làm nguyên vật liệu trong các môi trường khắc nghiệt.
Một ưu điểm nổi trội của niken nữa là có từ tính và dẫn điện rất tốt. 
Các loại thép không gỉ có thành phần niken cao (ví dụ inox 316) thường chống chịu tốt trong các môi trường khắc nghiệt như môi trường biển, axit, kiềm,…
Ở nhiệt độ thường, nickel thường trơ với oxy (hoặc phản ứng rất chậm). Thế nên niken cũng được xem là một chất chống lại sử gỉ sét và được ứng dụng làm tiền xu.
Nhiệt độ nóng chảy của niken là 1455 độ C. Niken có khả năng chịu nhiệt cao nên thường được ứng dụng chế tạo các bộ phận động cơ trong máy bay phản lực hoặc tên lửa.
-Niken ứng dụng trong chế tạo pin EV dùng cho xe điện
-Niken được ứng dụng trong chế tạo pin xe điện
♦Niken có độc hại không ?
Là một nguyên tố kim loại thì niken có độc không? nó có ảnh hưởng trực tiếp gì đến sức khỏe của con người? Như đã nói ở phía trên thì niken có mặt cả trong cơ thể của mỗi chúng ta tuy nhiên nó chỉ chiếm một phần rất rất nhỏ dao động vào khoảng 0,5g cho một cơ thể 70kg. Theo nghiên cứu cho thấy niken có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất, làm tăng cường khả năng hoạt động của hoóc- môn.
 Tuy nhiên nếu lượng niken trong cơ thể vượt quá mức cho phép thì sẽ dẫn đến tình trạng ngộ độc nghiêm trọng hơn có thể ảnh hưởng đến gen, ảnh hưởng đến hệ miễn dịch, gây ung thư, hoặc các tình trạng dị dạng ở trẻ sơ sinh. Ngoài ra, chúng ta còn có thể gặp một số biểu hiện như nổi mẩn đỏ, khó chịu nếu cơ thể bị dị ứng khi tiếp xúc với các trang sức mạ niken hoặc sử dụng thực phẩm chứa nhiều niken. 
Mọi người cần phải thật cẩn thận khi làm việc lâu dài trong môi trường có nồng độ niken nhiều như các phân xưởng gia công cắt gọt kim loại, chế tạo máy… bằng các biện pháp như đeo khẩu trang và thực hiện các biện pháp che chắn kĩ lưỡng. 
♦Một số ứng dụng của niken trong thực tiễn
Niken là kim loại đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất của nhiều ngành khác nhau. Vậy trong thực tiễn thì niken dùng để làm gì?  Nhờ vào những ưu điểm vượt trội như có khả năng chịu nhiệt cao, chống ăn mòn mà niken đã trở thành một trong những thành phần quan trọng để sản xuất thép không gỉ, dùng làm chế tạo các hợp kim của sắt. 
Với cấu tạo có độ cứng lớn hơn cả sắt mà niken luôn là sự lựa chọn hàng đầu để chế tạo các loại động cơ phản lực, tên lửa, phụ tùng xe máy…
Không dừng lại ở đó niken còn góp mặt cả trong lĩnh vực trang sức do bề mặt bên ngoài có màu trắng bạc sáng bóng, ít bị oxi hóa khi tiếp xúc với môi trường trong thời gian dài mà giá thành thì rẻ hơn nhiều so với các loại trang sức được làm từ vàng, bạc. 
Đặc biệt niken thường được dùng nhiều trong ngành sản xuất đồng xu cũng như các loại nam châm phổ biến trên thị trường.

♦Vai trò của niken trong ngành thép không gỉ
►Đối với ngành công nghiệp thép không gỉ, inox, thì niken là một thành phần không thể thiếu đối với các mác thép 304, mác thép 316. Nếu thiếu đi niken, thép không gỉ sẽ dễ bị ăn mòn hơn trong môi trường khắc nghiệt từ đó làm giảm chất lượng cũng như độ bền của sản phẩm.  
Cùng với crom, niken là một trong các thành phần giúp thép không gỉ trở nên bền chắc, chống ăn mòn tốt hơn.
*1001 câu hỏi bên lề thú vị về niken
♦Niken có dẫn điện không?
Niken là một chất dẫn điện tốt vì trong cấu trúc tinh thể có rất nhiều electron linh động, tự do. Thậm chí, niken còn dẫn điện tốt hơn sắt. Khả năng dẫn điện của niken  thấp hơn đồng khoảng 4 lần nhưng lại cao hơn sắt đến 1.5 lần.
Tóm lại là thanh kim loại niken có thể dẫn điện gây chết người.
♦Niken có độc không?
Trong cơ thể con người, niken chỉ chiếm một phần rất rất rất nhỏ, chỉ khoảng 0.5g đối với một cơ thể 70kg (khoảng 7 x 10^-4 % của cơ thể).
-Ở một góc nhìn khác, nếu như “làm tròn” theo toán học, có thể coi niken hầu như không tồn tại trong cơ thể con người. Thế nên, bất kỳ một hàm lượng niken nào được đưa vào cơ thể khả năng cao sẽ là không tốt. Thật may, cơ thể con người rất thông minh, có thể tự đào thải được những chất dư thừa.
-Ở góc nhìn dinh dưỡng, thứ gì vượt quá liều lượng cũng sẽ thành chất độc. Nếu bạn uống liên tục 40 ly nước, bạn sẽ bị ngộ độc nước, khả năng sẽ dẫn đến tử vong.
►Thế nên, vấn đề không phải là niken có độc không. Mà là liều lượng niken trong cơ thể bao nhiêu là đủ.
-Theo một số nghiên cứu, nickel trong cơ thể giúp tăng cường khả năng hoạt động của hóc-môn và tham gia vào quá trình trao đổi lipit.
-Ngoài đường miệng, cơ thể người có thể bị nhiễm nickel thông qua hô hấp và qua da. Do đó, việc làm việc tại các môi trường có bụi kim loại hoặc môi trường không khí bị ô nhiễm khá độc hại.
♦Niken có độc hay không?
Tổ chức OSHA đã đưa khuyến nghị rằng chỉ nên làm việc 8h/ngày trong môi trường có đến 1 mg nickel/m3 không khí.
Bạn cần đeo khẩu trang tại các phân xưởng gia công kim loại, nhà máy, cần rửa tay trước khi ăn và chọn thực phẩm sạch để tránh hấp thụ quá nhiều các nguyên tố vi lượng (như nickel) vào cơ thể.
Nếu hàm lượng nickel trong cơ thể cao hơn mức tự nhiên sẽ gây hại cho con người, bao gồm: ảnh hưởng đến gen, ung thư, ảnh hưởng đến hệ miễn dịch hoặc sinh con dị dạng (quái thai).
Ngoài ra, một số người còn có thể dị ứng với thực phẩm có chứa nhiều nickel, hoặc là trang sức mạ nickel. Biểu hiện có thể là nổi mẩn đỏ, hoặc ngứa da.
Niken có bị nam châm hút, có nhiễm từ không?
Một trong số những câu hỏi về niken được thắc mắc nhiều nhất chính là niken là một nguyên tố kim loại vậy niken có bị nam châm hút không? 
Câu trả lời là có vì đây là một trong số ít kim loại bị nhiễm từ, nguyên nhân chủ yếu là do nó có cấu trúc tinh thể và trong cấu trúc phân tử thì có rất nhiều các electron tự do.
♦Niken có bị gỉ, bị oxi hóa không?
Chúng ta có thể nghe niken chống được oxi hóa, nhờ niken mà thép không gỉ chống chịu ăn mòn tốt hơn.
Thực chất, niken vẫn bị oxi hóa, nhưng với tốc độ rất rất chậm và có thể xem như là không bị oxi hóa. Ngoài ra, lớp niken oxit được hình thành bên ngoài sẽ bảo vệ, ngăn oxi tiếp xúc với niken nằm bên trong.
♦Niken có đắt không?
Niken rất đắt. Tuy hàm lượng không quá cao, nhưng niken lại là một trong những thành phần đắt nhất của ống inox – thép không gỉ, ống inox 304, ống inox 316. Sự tăng giảm giá của niken có thể ảnh hưởng đến khoảng 30% – 50% giá thành của thép không gỉ.
♦Vì sao niken lại đắt? chủ yếu là do quy luật cung cầu của thị trường, chi phí khai thác, chi phí sản xuất, vấn đề chiến tranh trên thế giới. Trong khi nhu cầu về niken của thị trường ngày càng tăng cao nhưng trữ lượng niken trên thế giới lại có hạn không thể đáp ứng được hết vì vậy mà giá của niken luôn được đẩy lên cao. Theo Inox PGN, giá của niken cao đồng nghĩa với việc các loại vật liệu như thép không gỉ, inox cũng luôn biến động với giá cả bất ngờ.