L'histoire du nickel
Depuis le XIXe siècle, les alliages nickel-cuivre présentant une ductilité élevée, des propriétés électriques intéressantes et une résistance à la corrosion suscitent un intérêt croissant. Le monel et le cunial, qui appartiennent à ce groupe d'alliages, ont trouvé l'application pratique la plus large. Ils se distinguent parmi les matériaux de construction par leur grande résistance chimique à l'eau, aux gaz chauds, aux alcalis et aux acides forts. Le nickel a tendance à dissoudre d'autres métaux sans perdre sa ténacité, ce qui rend les alliages résistants à la chaleur et ductiles. Un grand nombre d'alliages de nickel ont évolué grâce à cette propriété et offrent de nombreux avantages. Le nickel forme des solutions solides avec d'autres métaux, qui présentent un ferromagnétisme et une résistance élevée à la corrosion dans des environnements gazeux et liquides corrosifs. En même temps, il n'y a pas de transformations allotropiques dans les alliages.
Ferromagnétique
Lesferromagnétiques (40-85% Ni + Fe) jouent un rôle important dans la technologie. Ils appartiennent à la classe des matériaux magnétiquement doux. Parmi eux, on trouve des qualités présentant une perméabilité magnétique élevée (permalloy), une constance des qualités dans des conditions externes changeantes (perminvar), une perméabilité magnétique élevée et une saturation magnétique maximale (permenorm). Ces qualités sont largement utilisées dans presque tous les domaines de la technologie, où une grande sensibilité des éléments de travail aux fluctuations du champ magnétique est requise.
Matériaux magnétostrictifs
Les alliages de nickel contenant 4 à 18 % de nickel allié à du cobalt sont magnétostrictifs. Ces qualités offrent une grande résistance à la corrosion dans l'eau de mer et de rivière. Ils sont généralement largement utilisés dans les applications hydroacoustiques. Avec l'avènement du vingtième siècle et le développement de l'ingénierie électrique, une nouvelle classe d'alliages de nickel a été développée. La résistance à la chaleur de ce métal dans l'air est très élevée, mais elle peut être améliorée par l'ajout de Cr, Si, Al.
Thermocouples
Le nickel allié à Si, Al, Mn et allié à 10% de Cr possède une résistance à la chaleur combinée à des propriétés thermoélectriques. Les thermocouples les plus courants sont les thermocouples chromel-alumel et sont utilisés en laboratoire et dans l'industrie. Les thermocouples en copel et en chromel sont également utilisés.
Contact étanche
Les alliages de nickel à 45-55% de Ni, alliés au Co ou au Cu, sont utilisés dans les contacts hermétiques entre le verre et le métal. Ils ont pratiquement le même coefficient de dilatation thermique linéaire que le verre.
Matériaux d'électrodes thermiques
Lesnichromes sont résistants à la chaleur et sont largement utilisés dans l'ingénierie électrique. Toutefois, les nichromes les plus courants ont une teneur en nickel d'environ 80 %. Ils ont été considérés comme les alliages industriels les plus résistants à la chaleur, mais seulement jusqu'à l'avènement des chromates. Pour rendre les nichromes moins chers, la teneur en nickel a été réduite, ce qui a donné naissance aux ferronichromes. Dans les ferrochromes, la majeure partie du nickel est remplacée par du fer. La composition la plus courante contient 60 % de nickel, 15 % de chrome et 25 % de fer.
Lesferrochromes. Par rapport aux nichromes, les ferrochromes ont une résistance plus faible et sont utilisés à des températures plus basses. Il convient de mentionner que les nichromes et les ferronichromes ont une résistance électrique très élevée d'environ 1,05-1,4 μOhm-mm2/m. Avec les chromates, ils font partie des principales classes d'alliages utilisées pour les chauffages électriques à haute température. En règle générale, les nichromes alliés au silicium, jusqu'à environ 1,5 %, sont utilisés avec des métaux tels que les terres rares et les métaux alcalino-terreux. La limite de température de travail pour ce type de nichrome est de 1200 °C et pour certaines qualités jusqu'à 1250 °C. Les nichromes sont en concurrence avec des qualités résistantes à la chaleur qui contiennent 15 à 30 % de chrome et jusqu'à 4 % d'aluminium. Cependant, les alliages de chrome et d'aluminium sont beaucoup plus difficiles à produire en bandes ou en fils réguliers pour faire fonctionner de manière fiable les chauffages électriques. Ces matériaux constituent la base des composants résistants à la chaleur qui ne sont pas soumis à des charges mécaniques élevées et dont la température de fonctionnement admissible peut atteindre 1 250 °C.
Qualités de construction.
Nimonics. Pendant la Seconde Guerre mondiale, les Nimonics - alliages résistants à la chaleur Ni - Cr - Ti - Al - ont été fabriqués au Royaume-Uni. Leur résistance particulière est obtenue grâce à un alliage avec du chrome, du titane (2,5 %) et de l'aluminium (1,2 %). Les Nimonics sont supérieurs au nichrome et aux aciers alliés en termes de résistance à la chaleur. Les aciers utilisés auparavant pouvaient fonctionner à des températures de 750 à 800 °C. L'apparition des nimoniques a marqué le début de l'ère des turbines à gaz d'avion. En peu de temps, un grand nombre de nuances à alliage complexe ont été créées et sont classées comme nimoniques. Elles sont alliées à Ti, Al, Nb, Ce, La, B, Zr. Leur température de fonctionnement atteint 1000°C. La qualité des alliages peut être affectée par l'alliage complexe - la capacité des alliages à se déformer à chaud est réduite. Il convient de noter que les alliages coulés de nickel corroyés et alliés ont été reconnus précisément en raison de leur résistance élevée à la chaleur. Cependant, les alliages coulés n'ont pas une structure très homogène et peuvent présenter des variations de propriétés. Afin de trouver la composition optimale de l'alliage, des oxydes réfractaires de thorium, de zirconium et d'aluminium ont été ajoutés, ainsi que d'autres composés. Le meilleur alliage s'est avéré être un alliage de nickel avec des oxydes de thorium fortement dispersés.
L'alliage
Les aciers au nickel alliés à des éléments tels que Mn, Cr et Mo jouent un rôle très important dans la technologie. Ces aciers ont des propriétés électriques intéressantes : résistance électrique élevée, faible coefficient de dilatation thermique et, lorsqu'ils sont associés au cuivre, ils ont une faible CEM thermique. Ces nuances sont inférieures au manganèse en termes de coefficient de température de la résistance électrique dans la plage de température ambiante, mais leur résistance électrique spécifique est 3 à 4 fois plus élevée. Ces aciers au nickel sont utilisés pour les petits éléments résistifs qui nécessitent des propriétés électriques constantes pendant toute leur durée de vie. Ces éléments sont fabriqués à partir de feuilles ou de fils minces d'une épaisseur de 5 à 20 μm. Les alliages Ni - Cr ou Ni - Mo sont utilisés pour fabriquer de petites jauges de contrainte. Dans ces alliages, la variation de la résistance électrique dépend linéairement de la valeur de la déformation élastique.
Chimie industrielle
Les équipements chimiques sont souvent utilisés dans des environnements corrosifs contenant diverses concentrations d'acides sulfurique, chlorhydrique et phosphorique à des températures proches de leur point d'ébullition. Les alliages Ni - Cr - Mo, Ni - Mo sont connus à l'étranger sous les noms de halsteloy et de remanite. En URSS, ces alliages de nickel sont connus sous les noms de H70M28, Kh15N65M16V, H70M28F, Kh15N55M16V. Leur résistance à la corrosion est supérieure à celle de tous les aciers connus.
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