Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Многие свойства никеля и медноникелевых сплавов близки к свойствам меди. Это обусловливает большое сходство по поведению расплавленных никеля и медноникелевых сплавов с поведением меди.
Азоте никелем дает нестойкое химическое соединение, по-видимому, состава Ni2N, которое может быть получена только в особых условиях. При производстве сплавов и плавке это соединение не образуется. В расплавленном никеле и медноникелевых сплавах азот, если и растворяется, то вредного влияния при литье слитков не оказывает, так как пузырей в слитках при этом не образуется.
Кислород образует с никелем закись никеля, которая растворяется в неограниченных количествах в расплавленном никеле. Диаграмма состояний Ni—NiO при малых содержаниях закиси никеля аналогична диаграмме состояний Cu—Cu2O. И в том и в другом случае имеет место образование эвтектики, которая соответствует содержанию 0,24% О2 или около 1,2% NiO. Так же, как в системе Cu—Cu3O, и в этом случае образуется твердый раствор, распадающийся при понижении температуры с выделением закиси никеля.
Водяной пар реагирует с никелем с образованием закиси никеля и освобождением водорода по реакции (10). Отличие никеля от мели по взаимодействию с водяным паром состоит в том, что он вступает в реакцию с водяным паром значительно более энергично, так как упругость диссоциации закиси никеля гораздо ниже, чем упругость диссоциации закиси меди. Равновесие между закисью никеля и водородом будет уже в большей степени зависеть от концентрации водяного пара, чем в случае взаимодействия с медью.
Углекислый газ также вступает в реакцию с расплавленным никелем с образованием закиси никеля и окиси углерода по реакции (11). Эта реакция также обратимая и зависит от концентрации участвующих в ней веществ.
Окись углерода в отношении никеля ведет себя иначе, чем в отношении меди вследствие способности никеля образовывать с углеродом химическое соединение Ni3C, растворяющееся в расплавленном никеле. Кроме того, упругость диссоциации закиси никеля также значительно ниже упругости диссоциации закиси меди. Никель с окисью углерода при высоких температурах вступает в реакцию:
Направление и ход реакции зависят главным образом от концентрации окиси углерода, так как и закись никеля и карбид никеля растворяются в расплавленном металле. Обратная реакция, имеющая место, когда в металле присутствуют одновременно и закись никеля и карбид никеля, часто обусловливает пузыристость слитков никеля и его сплавов.
Если никель плавился в соприкосновении с углеродистыми веществами или содержал углерод, в нем возможно присутствие карбида. При окислении во время плавки или в процессе литья в металле появится и закись никеля, которая вступит во взаимодействие с карбидом. В результате реакции будут получаться восстановленный никель и окись углерода. Так как и закись никеля и карбид будут присутствовать во всей ванне, то при затвердевании слитка образующаяся по реакции окись углерода будет оставаться в виде пузырей, расположенных по всему объему.
Реакции, которые были приведены для никеля, идут и в сплавах его с медью. Чем больше никеля содержит сплав, тем в большей степени по взаимодействию с атмосферой он приближается к никелю. Для никелина, константана и других сплавов, содержащих большой процент никеля, реакции с водяным паром и углекислым газом, а также реакция с окисью углерода и обратная ей реакция закиси никеля с карбидом никеля, хотя и идут в меньшей степени, но имеют все же большое значение, поэтому при ведении процесса плавки они должны приниматься во внимание.
Сплавы, содержащие небольшое количество никеля, например мельхиор (без цинка), также способны участвовать во всех реакциях, свойственных никелю, но проявляется эта способность в более слабой степени (в особенности реакция образования карбида никеля и его взаимодействие с закисью никеля).
В расплавленном никеле водород растворяется больше, чем в меди. Добавка никеля к меди повышает растворимость водорода в металле. С другой стороны, добавка меди к никелю тоже способствует повышению пузыристости слитков, отлитых из насыщенных водородом сплавов.
Слитки, отлитые в атмосфере воздуха из сплавов меди с никелем, содержащих водород, получаются пузыристыми даже в том случае, если водорода имелось небольшое количество. При таком же содержании водорода и отливке в нейтральной или даже восстановительной атмосфере пузыристости слитков не наблюдается. В первом случае причиной образования пузырей в слитках является водяной пар, образующийся по реакции:
где Ni(H)Δ обозначает раствор водорода в никеле.
Условие, необходимое для протекания этой реакции, — одновременное присутствие в растворе в никеле с одной стороны водорода, с другой — закиси никеля.
Окисленные медноникелевые сплавы содержат кислород главным образом в виде закиси никеля, но небольшие количества закиси меди, по-видимому, остаются и в виде твердого раствора в закиси никеля и обнаруживаются в затвердевших слитках. Для сплавов различных составов соотношение содержания закиси меди и закиси никеля не остается постоянным, что можно заключить по структуре сплавов при просмотре нетравленых шлифов в поляризованном свете.
Такое поведение закисей меди и никеля объясняется обратимостью реакции;
Так же как и в случае никеля, при взаимодействии медноникелевых сплавов с углеводородами, может идти реакция с образованием карбида никеля:
Водород, будучи в момент разложения метана в атомном состоянии, легко растворяется в сплаве.
Сернистый газ при соприкосновении с никелем и медноникелевыми сплавами ведет себя так же, как с медью. Никель с серой образует химическое соединение Ni3S2, диаграмма состояний которого с никелем (рис. 55) представляет эвтектическую систему твердых растворов. Взаимодействие идет по формуле:
Так как эта реакция обратимая, то при изменении условий (температуры, давления и концентраций участвующих в ней веществ) направление течения реакции может измениться. Если в сплаве одновременно присутствуют и сернистый никель и закись никеля, то слитки будут получаться пузыристыми вследствие образования сернистого газа по реакции (50), идущей в этом случае справа налево.
Все газы, из числа обычно присутствующих в атмосфере рабочего пространства печей, за исключением азота, вступают с никелем и медноникелевыми сплавами во взаимодействие; некоторые при этом образуют химические соединения, а другие сами растворяются в сплавах.
Образующиеся в результате взаимодействия с составляющими атмосферы химические соединения и растворы по большей части могут вступать в дальнейшие реакции с закисью никеля или комплексом закисей никеля и меди и вызывать пузыристость слитков при затвердевании.
В реакции с закисями вступают соединения; Ni3C, Ni3S2 и раствор Ni (H)Δ. С другой стороны, в реакциях участвуют закиси NiO и Cu2O, которые могут находиться в сплавах в различных соотношениях в зависимости от состава сплава и внешних условий — температуры и давления.
Ввиду таких разнообразных взаимодействий плавка никеля и медноникелевых сплавов, содержащих большой процент никеля, представляет большие трудности, чем плавка меди, но при учете рассмотренных взаимоотношений сплав высокого качества может быть получен без особых затруднений.
- Взаимодействие расплавленной меди с газообразными продуктами в рабочем пространстве печи
- Закономерности растворимости газов в расплавленных металлах и методы их изучения
- Взаимодействие расплавленного металла с расплавленными солями
- Окисление меди при рафинировании
- Взаимодействие металла со шлаком при рафинировании меди