各种元素对镍基合金的作用
本帖最后由 zhan_paolo 于 2023-6-29 17:16 编辑以下为正文：
定义
镍基合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。按照主要性能又细分为镍基耐热合金，镍基耐蚀合金，镍基耐磨合金，镍基精密合金与镍基形状记忆合金等。高温合金按照基体的不同，分为：铁基高温合金，镍基高温合金与钴基高温合金。其中镍基高温合金简称镍基合金。
镍基合金在许多的领域中，比如： 1、海洋：海域环境的海洋构造物，海水淡化，海水养殖，海水热交换等。 2、环保领域：火力发电的烟气脱硫装置，废水处理等。 3、能源领域：原子能发电，煤炭的综合利用，海潮发电等。 4、石油化工领域：炼油，化学化工设备等。 5、食品领域：制盐，酱油酿造等。在以上的众多领域中，普通不锈钢304是无法胜任的，在这些特殊的领域中，特种不锈钢是不可缺少的，也是不可被替代的。近几年来，随着经济的快速发达，随着工业领域的层次的不断提高，越来越多的项目需要档次更高的不锈钢。随着各行业对镍基合金需求量的增长。2011年我国镍基合金市场规模达到230.7亿元，同比增长率19.47%。因此，行业发展水平处于稳步上升趋势。
起源与发展
镍基合金是30年代后期开始研制的，英国于1941年首先生产出镍基合金 Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高潜变强度又添加Al，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr- 2.5Ti-1.3Al)；而美国于40年代中期，俄罗斯于40年代后期，中国于50年代中期也先后开发出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面，即合金成分的改良和生产技术的革新。 如50年代初 ，真空熔炼技术的发展，为炼制含高Al和Ti 的镍基合金创造了条件，而带动了合金强度与使用温度的大幅提高。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用精密铸造技术，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的方向性结晶和单晶高温合金，以及粉末冶金高温合金。
为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高Cr镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基合金的工作温度从700 提高1,100℃，平均每年提高10℃左右。 时至今日，镍基合金之使用温度已可超过1,100℃，从前述最初成份简单之Nimonic75 合金，到近期发展出之MA6000 合金，在1,100℃时拉伸强度可达2,220MPa、屈服强度为192MPa；其1,100℃/137MPa条件下之持久强度约达1,000小时，可用于航空发动机叶片。
各金属对镍基合金的作用
对于一种特定的镍基合金，在特定的环境中存在着多种变量，包括：浓度、温度、通风度、液(气)流速度、杂质、磨蚀、循环工艺条件等。这些变量会产生各种各样的腐蚀问题。这些问题都能在镍及其他合金元素中找到答案。
金属镍直到达到熔点之前一直保持着奥氏体，面心立方结构。这就给韧脆转变提供了自由度，同时也大大减小了因其他金属一起并存而出现的制造问题。在电化序上，镍比铁惰性而比铜活波。因此，在还原性环境中，镍比铁要耐腐蚀，但没有铜耐腐蚀。在镍的基础上，加上铬之后，使合金具备了抗氧化性能，由此可以产生很多种应用范围非常广泛的合金，使他们可以对还原性环境和氧化性环境都有最佳的抵抗力。
镍基合金与不锈钢和其他铁基合金相比，在固溶状态下能够容纳更多的合金元素，而且还能保持很好的冶金稳定性。这些因素允许添加多种多样的合金元素，使镍基合金大量的应用在千差万别的腐蚀环境中。
镍基合金中常见的元素主要有：
镍 Ni 提供冶金稳定性、提高热稳定性和可焊性、提高对还原性酸和苛性钠的抗腐蚀性、提高尤其是在氯化物和苛性钠环境中的抗应力腐蚀开裂性能。
铬 Cr 提高抗氧化和高温抗氧化、抗硫化性能、提高抗点蚀、间隙腐蚀性能。
钼 Mo 提高对还原性酸的抗腐蚀性、提高含氯化物水溶液环境下的抗点蚀、间隙腐蚀的性能、提高高温强度。
铁 Fe 提高对高温渗碳环境的抵抗性、降低合金成本、控制热膨胀。
铜 Cu 提高对还原性酸（尤其是那些用于空气不流通场合的硫酸和氢氟酸）和盐类的抗腐蚀性、铜添加到镍-铬-钼-铁合金中有助于提高对氢氟酸、磷酸和硫酸的抗腐蚀性。
铝 Al 提高高温抗氧化性、提升时效硬化。
钛 Ti 与碳结合，减少了热处理时发生碳化铬沉淀造成的晶间腐蚀、提升时效强化。
铌 Nb 与碳结合，减少了热处理时发生碳化铬沉淀造成的晶间腐蚀、提高抗点蚀、间隙腐蚀性能、提高高温强度。
钨 W 提高抗还原性酸和局部腐蚀的性能、提高强度和可焊性。
氮 N 提高冶金稳定性、提高抗点蚀、间隙腐蚀性能、提高强度。
钴 Co 提供增强的高温强度、提高抗碳化、抗硫化性能。
这些合金元素中很多都可以与镍在很宽的成分范围内结合形成单相固溶体，保证合金在很多腐蚀条件下都具有良好的抗腐蚀性。合金在完全退火的状态下，也具有良好的力学性能，而无需担心制造加工或热加工中带来的有害的冶金变化。很多高镍合金可以通过固溶硬化、碳化物沉淀、沉淀（时效）硬化和弥散强化等方式提高强度。
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