高温ニッケル合金

ニッケルは地球上で5番目に一般的な要素ですが、前世紀まで採掘と精製の困難さにより商業使用が制限されていました。ジェットエンジンの開発は、高温で高強度を維持できるニッケルベースの合金の発達のための重要な触媒でした。

ニッケルの融点は摂氏1453度で、これは銅（摂氏1084度）やアルミニウム（摂氏660度）などの金属よりもはるかに高くなっていますが、タングステンなどの金属（摂氏3400度）よりもはるかに低いです。ただし、高温の性能は、金属の融点についてだけではなく、そうでなければ鉄（摂氏1150度）または鋼（摂氏1400度）がより広く使用されます。ニッケルとニッケルの合金の別の特性は、加熱すると厚く安定した受動的酸化物層を形成する能力であり、これにより、それらがさらなる腐食から保護され、高温で動作することができます。この酸化物層は、金属が露出している温度と環境に応じて、厚さまで最大数ミクロンになる可能性があります。ニッケル合金は、さまざまな化学処理や精製操作におけるガスの亀裂中など、高温での炭素の存在である浸炭にも耐性があります。

強化メカニズム
特定の合金に応じて、その高温強度は、固形溶液の強化または降水強化によって維持されます。固溶液強化のメカニズムは、ニッケルの結晶格子に合金要素を合金化する原子の添加です。結晶構造のこの摂動により、「転位」の動きを遅らせたり防止したりすることにより、変形がより困難になります。モリブデンなどの要素は、強度を高めるためにインコルエル625（Alloy 625、UNS N06625、2.4856）に追加されます。

降水量の強化では、少量のニオビウム、チタン、およびアルミニウムをニッケルと組み合わせて、金属間沈殿物を形成します。これらの沈殿物は、老化とも呼ばれる最終熱処理中に形成されます。これらの沈殿物はまた、結晶構造の転位の動きを遅くし、強度と靭性を高めます。高温では、このメカニズムはクリープの可能性を減らします。これは航空宇宙用途でよく利用されています。沈殿の強化を利用するニッケル合金には、インコルエル718（合金718、UNS N07718、2.4668）、インコルエル725（Alloy 725、UNS N07725）、Incoloy 925（Alloy 925、UNS N09925）、およびMonel K {11}}（Alloy K {-500） N05500、2.4375）。

Inconel 718やIncenel 625などの合金は、摂氏650度（華氏1200度）までの温度でその機械的特性のほとんどを保持していますが、摂氏1000度（華氏1800度）に近づく温度で選択的に使用できます。

ニッケル合金は他の多くの金属と容易に合金であるため、強度に加えて耐食性やその他の物理的特性を改善できます。クロムとモリブデンは、腐食と酸化耐性を高めるためにしばしば添加され、特にモリブデンは孔食耐性を改善するために考えられます。銅は、硫酸、リン酸、塩酸などの酸性酸を減少させる耐性を高めるために、Incoloy 825合金でも使用されています。