镍铬合金材料的应用

王蕤

摘要：本文介绍了镍铬合金的历史、成分、显微结构、性能、应用及制备方法。总体而言，镍铬合金有两类，一类是不锈钢，另一类是鎳基电热合金。不锈钢具有良好的耐腐蚀性，镍基电热合金则是一种耐热腐蚀的材料。两种材料具有不同的成分配比、结构、制造方法，使其具有不同的性质与用途。不锈钢的抗氧化性与耐酸碱腐蚀性使其可以在潮湿、酸性或碱性的环境中具有更长的使用寿命。镍基电热合金的耐热腐蚀性使其广泛用于制造实验室电阻。本文也对镍铬合金对环境的影响进行了简略分析，并给出了提高降解重金属技术的建议。

关键词：镍铬合金;历史;显微结构;性能;制备

Abstract： This article introduces the history， composition， microstructure， properties， applications and preparation methods of nickel-chromium alloys. In general， there are two types of nickel-chromium alloys， one is stainless steel， and the other is nickel-based electric heating alloy. Stainless steel has good corrosion resistance， and nickel-based electric heating alloy is a heat-resistant corrosion-resistant material. The two materials have different composition ratios， structures， and manufacturing methods， which make them have different properties and uses. The oxidation resistance and acid and alkali resistance of stainless steel make it have a longer service life in humid， acidic or alkaline environments. The heat and corrosion resistance of nickel-based electric heating alloys makes it widely used in the manufacture of laboratory resistors. This article also briefly analyzes the impact of nickel-chromium alloys on the environment， and gives suggestions for improving the degradation of heavy metals.

0  引言

镍铬合金主要由铁、铬和镍组成，按功能可分为两类：不锈钢和镍基电热合金（高温合金）。镍铬合金已有100多年发展的历史[1]，在人类社会有着广泛的应用与重要的地位。镍铬合金的电热势和电热势速率很大，并且具有优越的抗氧化性。加之制造的容易和成本的低廉，这种合金很受欢迎。它不仅可用于制造实验室中的电阻，在人们的日常生活中也可得到广泛应用。镍铬合金生产方便，材料资源储备充足且常见，一般不会出现供不应求的问题，所以它不是关键材料。本文依次从镍铬合金的发展历史、微观结构、主要性质与用途、制造方法、环境影响五个方面对镍铬合金展开综述。

1  镍铬合金历史

不锈钢：在第一次世界大战中，一位英国科学家亨利·布莱叶（Henry Braille）奉命推动耐磨材料以及高强度合金的发展。他发明了一种含有丰富铬的合金。这种合金虽然不耐磨，但抗氧化、耐酸碱。即使它不能用来制造武器，由于其高耐腐蚀性，它比一般餐具材料（如木材、铁等）在酸性或碱性环境下使用寿命更长，所以它也是一种很好的餐具材料[2]。

镍基电热合金：这种合金是20世纪30年代末在英国研发的。镍基电热合金的发展分为两个部分——元器件的改进和制造工艺的创新。在发展初期，这种合金具有高强度性。到中期时性能较好的单晶高温合金被广泛生产。而在发展后期，高铬镍基合金问世，它具有良好的耐热腐蚀性能[1]。

2  组成与显微结构

不锈钢：显微组织有三种：奥氏体（图1）、马氏体（图2）和双相不锈钢（图3）。奥氏体和马氏体的原子排列为面心立方堆积[3]。双相不锈钢（如Cr20Ni35所示）包括奥氏体和铁素体，奥氏体部分为面心立方堆积，双相不锈钢部分为体心立方堆积[5]。大部分原子是金属原子，所以它们通过金属键连接，而其他非金属原子在晶胞的体心或棱上。

镍基电热合金：这种合金是一种镍基合金，也是一种高温合金。镍基电热合金镍含量高（如Cr20Ni80所示），这使其不同于不锈钢。大部分镍基耐腐蚀合金具有奥氏体结构[4]。在固溶时效处理后，奥氏体基体和晶界上也存在金属间相和金属碳氮化物。

3  性能及应用

不锈钢：不锈钢有两大特性——抗氧化性和耐酸碱性[6]。此外，不锈钢中奥氏体的强度较低，但是双相不锈钢具有较高的强度，并且它们都具有良好的韧性。镍和铬的存在使不锈钢具有抗氧化的性质，而且镍还可以提高不锈钢的耐酸或耐碱性[6]。凭借良好的耐腐蚀性，不锈钢在日常生活中得到了广泛的应用，它可以用来生产餐具和厨房用具，也可用于制造水管。即使处于一个酸性或碱性的环境里，不锈钢依然具有较长的使用寿命。但在使用过程中，不锈钢虽然具有优良的综合力学性能与焊接性（热裂倾向小），但是它的耐热性低，只能在不超过600℃（工作温度）的温度下正常使用。