鎳基合金知識大全

一、鎳基合金定義

鎳基合金一般以Ni含量超過30wt%之合金稱之，常見產品之Ni含量都超過50wt%， 由于具有超群的高溫機械強度與耐蝕性質，與鐵基和鈷基合金合稱為超合金(Superalloy)，一般是應用在540℃以上的高溫環境，并依其使用場合，選用不同合金設計，多用于特殊耐蝕環境、高溫腐蝕環境、需具備高溫機械強度之設備。常應用于航天、能源、石化工業或特殊電子/光電等領域。

二、起源與發展

鎳基合金是30年代后期開始研制的，英國于1941年首先生產出鎳基合金 Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti)；為了提高潛變強度又添加Al，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr- 2.5Ti-1.3Al)；而美國于40年代中期，俄羅斯于40年代后期，中國于50年代中期也先后開發出鎳基合金。鎳基合金的發展包括兩個方面，即合金成分的改良和生產技術的革新。

如50年代初，真空熔煉技術的發展，為煉制含高Al和Ti 的鎳基合金創造了條件，而帶動了合金強度與使用溫度的大幅提高。50年代后期，由于渦輪葉片工作溫度的提高，要求合金有更高的高溫強度，但是合金的強度高了，就難以變形，甚至不能變形，于是采用精密鑄造技術，發展出一系列具有良好高溫強度的鑄造合金。60年代中期發展出性能更好的方向性結晶和單晶高溫合金，以及粉末冶金高溫合金。

為了滿足艦船和工業燃氣輪機的需要，60年代以來還發展出一批抗熱腐蝕性能較好、組織穩定的高Cr鎳基合金。在從40年代初到70年代末大約40年的時間內，鎳基合金的工作溫度從700 提高1,100℃，平均每年提高10℃左右。時至今日，鎳基合金之使用溫度已可超過1,100℃，從前述最初成份簡單之Nimonic75 合金，到近期發展出之MA6000 合金，在1,100℃時拉伸強度可達2,220MPa、屈服強度為192MPa；其1,100℃/137MPa條件下之持久強度約達1,000小時，可用于航空發動機葉片。

三、鎳基合金之特色

鎳基合金是超合金中應用*、強度最高的材料。超合金之名稱即源自于材料特色。

包括：

(1)性能超優異：高溫下可維持高強度，且具有優異的抗潛變、抗疲勞等機械性質，以及抗氧化和耐蝕特性與良好的塑性和 焊接性。

(2)合金添加超繁雜：鎳基合金常添加十種以上之合金元素，用以增進不同環境之耐蝕性；以及固溶強化或析出強化等作用。