镍铬合金的起源及发展研究

粟毅

一、简介

镍铬合金，也被称为镍铬合金，是一种由镍、铬和偶尔的铁混合而成的合金[1]。该合金以其耐热、耐腐蚀和抗氧化性而闻名，在许多应用中有着令人难以置信的应用[2]。从工业制造到爱好，镍铬合金以金属丝的形式出现在一系列商业产品、工艺和工具中。

本文将介绍镍铬合金的历史发展、制备方法、优缺点和应用前景，并对其进行总结。

二、制造历史和方法

2.1镍铬合金的历史发展及元素组成

镍铬合金是阿尔伯特·马什1906年申请的美国专利（美国专利811859[3]）。这是有记录以来最古老的电阻加热合金形式。镍铬合金的质量分数是80%镍和20%铬，但对于许多应用来说，还有许多其他的金属组合。例如，镍铬合金丝含有60%的镍和40%的铬[4]

20世纪30年代末，镍基电热合金在英国发展起来。镍基电热合金的发展经历了零部件改进和制造工艺创新两个阶段。在初始阶段，合金具有较高的强度。中间阶段制备了性能良好的单晶高温合金。最终得到了具有热腐蝕性能的高铬镍基合金。

2.2关键材料

镍铬合金在许多地方用作原料，所以镍铬合金是“关键材料”

关键材料是指起始材料或原材料，其作为结构碎片并入用于人类活动的子系统结构中，该子系统从已知制造商处采购，用于良好的人类活动[8]。

2.3制造方法

由于其高熔点、高塑性和抗电子流动性。镍铬合金丝通常采用拉丝工艺制成，并绕在具有一定电阻的线圈中。当电流通过时，它会产生热量，所以它被用于加热装置或电器中的电子点火装置。

几乎任何一种导电导线都可以用来加热，但大多数金属导电效率很高，需要将它们形成非常细而细的导线，以产生足够的电阻来产生热量。当在空气中加热时，大多数金属会迅速氧化，变脆并断裂。镍铬合金丝在加热到红热的温度时，会形成一层在空气中热力学稳定的氧化铬[3]外层，主要不受氧气的影响，并保护加热元件不受进一步氧化

三、优点和缺点

主要优势优势[6]：制造成本低（适用于生活中的所有场景）、高机械强度和高蠕变强度、高延展性（易拉丝）、耐腐蚀、抗氧化、高熔点，高温稳定性（可用于高温环境）镍铬合金以其高机械强度和高蠕变强度而闻名。[4]镍铬合金的性能因其合金而异。给出的数字代表典型材料，并精确到表示的有效数字。任何变化都是由镍或铬的不同百分比引起的。

存在的缺点：在使用中装配难度较大，且可能造成短路。

四、使用范围及对环境的影响

4.1实际应用

由于镍铬合金的高电阻，即使在小电流下也会产生热量。这些特点使得镍铬合金丝在整个工业中有着广泛的应用。主要用于[7]：

（1）陶瓷生产和玻璃生产，所有部件均采用铬镍合金连接

（2）远程点火器，如烟花

（3）残余金属的实验室试验

（4）可与工业炉配套使用，制造热丝切割机

4.2对环境的影响

镍铬合金对环境有一定的影响，主要是镍铬合金生产过程中加热的铬对人体有害，工厂排放的铬对土壤和水环境影响较大[8]

但镍铬矿生产后，由于其熔点高，对强碱、强酸和氧化溶剂的抵抗力强[8]，一般不会分解，对环境的影响也会很小。铬通过自然过程和人类活动进入环境。铬含量将会由于皮革、纺织和钢铁制造而增加，和人体接触的机会会增加;同时铬也会通过一些相同的渠道进入环境，如皮革和纺织制造，在工业中应用，如电刷和化学制造。由于铬酸盐矿山的渗漏或采矿工具和供应品的不当处置，以及工业制造设备的不当处置，可能会造成地下水污染，对环境造成损伤。

五、总结

镍铬合金由于其优异的性能，自生产以来仅100年就被广泛应用于生活的方方面面。由于其独特的性能，温度越低，电阻越高，在家用电器的发热元件中起着重要的作用。长期以来，科学家们一直在调整铬和镍的比例，尝试不同的生产方法。在不久的将来，镍铬合金的应用范围将进一步扩大。

参考文献

[1]Wu Yongren.Encyclopedia of Chinese middle school teaching.Chemistry volume.Shenyang：Shenyang publishing house.1990.Page 121-122  cited 2020/3/4

[2]Flournoy，Blake. “What Is Nichrome Wire Used for？”. sciencing.com.Retrieved 28 October 2019 cited 2020/3/4

[3] “US Patent 811，858” cited 2020/3/4

[4]What Is Nichrome Wire Used for？ Blake Flournoy https：//sciencing.com/nichrome-wire-used-for-5871336.html ＼ cited 2020/3/4

[5]“Advanced Topic：Oxidation Resistant Materials” （PDF）.Sciences Education Foundation.General Atomics.2002.cited 2020/3/4

[6]“Nichrome - Union City Filament”. Union City Filament.Retrieved 2017-10-02.cited 2020/3/4

[7]RepRap Nichrome wires vs resistor？ https：//reprap.org/forum/read.php？70，123351cited 2020/3/4

[8]Law insider Definition ofCRITICAL MATERIAL https：//www.lawinsider.com/dictionary/critical-material cited 2020/3/4