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(chǎn)品之Ni含量都超過50wt%， 由于具有超群的高溫機(jī)械強(qiáng)度與耐蝕性質(zhì)，與鐵基和鈷基合金合稱為超合金(Superalloy)，一般是應(yīng)用在540℃以上的高溫環(huán)境，并依其使用場合，選用不同合金設(shè)計(jì)，多用于特殊耐蝕環(huán)境、高溫腐蝕環(huán)境、需具備高溫機(jī)械強(qiáng)度之設(shè)備。常應(yīng)用于航天、能源、石化工業(yè)或特殊電子/光電等領(lǐng)域。

二、起源與發(fā)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(chǎn)出鎳基合金 Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti)；為了提高潛變強(qiáng)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(fā)出鎳基合金。鎳基合金的發(fā)展包括兩個(gè)方面，即合金成分的改良和生產(chǎn)技術(shù)的革新。

如50年代初，真空熔煉技術(shù)的發(fā)展，為煉制含高Al和Ti 的鎳基合金創(chuàng)造了條件，而帶動(dòng)了合金強(qiáng)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(qiáng)度，但是合金的強(qiáng)度高了，就難以變形，甚至不能變形，于是采用精密鑄造技術(shù)，發(fā)展出一系列具有良好高溫強(qiáng)度的鑄造合金。60年代中期發(fā)展出性能更好的方向性結(jié)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(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的需要，60年代以來還發(fā)展出一批抗熱腐蝕性能較好、組織穩(wěn)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(shí)間內(nèi)，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(shí)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(fā)展出之MA6000 合金，在1,100℃時(shí)拉伸強(qiáng)度可達(dá)2,220MPa、屈服強(qiáng)度為192MPa；其1,100℃/137MPa條件下之持久強(qiáng)度約達(dá)1,000小時(shí)，可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。

三、鎳基合金之特色

鎳基合金是超合金中應(yīng)用*、強(qiáng)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(yōu)異：高溫下可維持高強(qiáng)度，且具有優(yōu)異的抗?jié)撟?、抗疲勞等機(jī)械性質(zhì)，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(jìn)不同環(huán)境之耐蝕性；以及固溶強(qiáng)化或析出強(qiáng)化等作用。