Nikkel metallina: omadused, kasutus ja keemiline tähis Ni

Nikkel on hõbevalge läikega metalliline keemiline element, mille tähis on Ni ja järjekorranumber 28. Seda hinnatakse eelkõige tugevuse, töödeldavuse, kuumataluvuse ja hea korrosioonikindluse tõttu. Puhast niklit kohtab igapäevastes toodetes harvem kui niklit sisaldavaid materjale, sest suur osa metallist kasutatakse terase ja teiste sulamite omaduste parandamiseks.

Nikli puhul on oluline eristada metalli enda omadusi selle turuhinnast ja konkreetsetest sulamitest. Kui otsid hetke turuinfot, vaata nikli hinda täna. Selle artikli eesmärk on selgitada, mis metall on nikkel, millised on Ni peamised füüsikalised ja keemilised omadused ning miks kasutatakse seda nii terases, tööstusseadmetes, pinnakatetes kui ka akutehnoloogias.

Mis on nikkel ja mida tähendab keemiline tähis Ni?

Nikkel kuulub perioodilisustabelis siirdemetallide hulka. Keemiline tähis Ni pärineb ladinakeelsest elemendinimest niccolum. Aatomnumber 28 tähendab, et nikli aatomituumas on 28 prootonit. Metallina on nikkel toatemperatuuril tahke, suhteliselt kõva, kuid samal ajal piisavalt plastne, et seda saaks sobivates tingimustes valtsida, vormida ja töödelda.

Värvuselt on puhas nikkel hõbevalge ja kergelt sooja tooniga. Pinda saab poleerida kõrgläikivaks. Nikkel juhib elektrit ja soojust, kuigi mitte nii hästi kui näiteks vask. Tehniliselt on oluline ka selle magnetiline käitumine: puhas nikkel on toatemperatuuril ferromagnetiline, mistõttu reageerib magnetväljale.

Tabelis toodud arvud on materjali üldised võrdlusväärtused, mitte konkreetse detaili kvaliteedigarantiid. Tegelik käitumine sõltub puhtusest, sulami koostisest, temperatuurist, mehaanilisest koormusest ja keskkonnast.

Nikli peamised omadused

Korrosioonikindlus. Nikli üks tuntumaid omadusi on võime säilitada stabiilsus paljudes keskkondades. Metall ei tähenda siiski täielikku roostevabadust ega universaalset vastupidavust kõikidele kemikaalidele. Korrosioonikäitumine sõltub temperatuurist, happesusest, sooladest ja muudest keskkonnateguritest. Just seetõttu kasutatakse niklit sageli koos teiste metallidega, et saavutada kindla rakenduse jaoks sobiv tasakaal.

Tugevus ja plastilisus. Nikkel on suhteliselt tugev metall, mida saab samal ajal mehaaniliselt töödelda. See kombinatsioon on kasulik materjalides, kus detail peab taluma koormust, kuid tootmisel on vaja seda valtsida, tõmmata või muul viisil vormida. Sulamites võib nikkel aidata säilitada mehaanilisi omadusi ka kõrgematel temperatuuridel.

Kuumuskindlus. Nikli kõrge sulamistemperatuur ja käitumine sulamites teevad sellest olulise komponendi kuumades töötingimustes kasutatavates materjalides. Näiteks kasutatakse niklipõhiseid sulameid rakendustes, kus tavaline konstruktsiooniteras ei pruugi pikaajaliselt piisavalt hästi vastu pidada.

Magnetilisus. Puhas nikkel on üks väheseid tavapäraseid metalle, mis on toatemperatuuril ferromagnetilised. Sellest ei saa siiski järeldada, et iga niklit sisaldav toode oleks tugevalt magnetiline. Sulami koostis ja kristallstruktuur võivad magnetilisi omadusi oluliselt muuta.

Miks lisatakse niklit sulamitesse?

Suur osa nikli praktilisest tähtsusest tuleneb sellest, mida see teeb teiste metallidega kombineerituna. Niklit kasutatakse raua, kroomi, vase ja mitmete teiste metallidega, et muuta materjali korrosioonikindlust, tugevust, kuumataluvust või töödeldavust. Üks kõige tuntumaid näiteid on roostevaba teras, milles nikkel aitab teatud teraseklassides stabiliseerida soovitud struktuuri ja säilitada häid omadusi laias temperatuurivahemikus.

Siin tasub vältida liiga lihtsat reeglit, et „rohkem niklit tähendab alati paremat materjali”. Sulam projekteeritakse konkreetseks otstarbeks ning vajalik niklisisaldus sõltub sellest, milliseid omadusi vajatakse. Nikli rolli raua-, terase- ja muudes materjalides käsitleme eraldi lehel nikli sulamid.

Kus niklit kasutatakse?

Roostevaba teras ja muud metallisulamid. Nikli suurimad kasutusvaldkonnad on seotud sulamitega. Nikkel aitab paljudes materjalides parandada korrosiooni- ja kuumuskindlust ning mõjutada mehaanilisi omadusi. Selliseid materjale kasutatakse muu hulgas keemia- ja toiduainetööstuse seadmetes, torustikes, ehituses, energiasektoris ja transpordis.

Kõrget temperatuuri taluvad detailid. Niklipõhiseid supersulameid kasutatakse seal, kus materjal peab säilitama tugevuse ja oksüdatsioonikindluse kõrgel temperatuuril. Rakendused võivad hõlmata turbiinide, lennunduse ja energiatootmise komponente. Täpne materjalivalik sõltub alati töötemperatuurist, pingetest ja keskkonnast.

Akud. Nikkel on kasutusel mitmes akukeemias. Näiteks leidub seda nikkel-metallhüdriidakudes ning paljudes liitiumioonakude katoodimaterjalides. Nikkel ei ole siiski kõigi akude kohustuslik koostisosa ning konkreetse aku omadused sõltuvad terviklikust keemilisest koostisest.

Pinnakatted. Nikkel sobib ka metallpindade katmiseks, kui eesmärk on muuta pinnaviimistlust, kulumiskindlust või korrosioonikäitumist. Pinnakatte kvaliteet sõltub aluspinnast, ettevalmistusest, kihi paksusest ja protsessist. Tehnoloogiat ennast käsitleb täpsemalt artikkel nikeldamine.

Vase ja nikli sulamid. Vask-nikli süsteeme kasutatakse näiteks kohtades, kus hinnatakse korrosioonikindlust ja stabiilseid mehaanilisi omadusi. Üks selle teemaga seotud nimetus on melhior. Kui eesmärk on mõista selle sulami koostist ja erinevust teistest hõbedavärvilistest materjalidest, vaata artiklit mis on melhior.

Kas nikkel roostetab?

Igapäevakeeles seostatakse roostet eelkõige raua ja rauasulamite korrosiooniga. Nikkel ei roosteta samal viisil nagu tavaline süsinikteras, kuid see võib keemiliselt reageerida ja korrodeeruda. Nikkel peab paljudes tavakeskkondades hästi vastu, sest pinnal moodustuv õhuke kaitsev kiht vähendab edasise oksüdeerumise kiirust.

See ei tähenda, et nikkel oleks igas keskkonnas kahjustamatu. Tugevad happed, teatud soolad, kõrge temperatuur ja elektrokeemilised tingimused võivad korrosiooni kiirendada. Seetõttu ei saa ainult sõna „nikkel” põhjal otsustada, kas detail sobib näiteks merevette, kuuma kemikaalilahusesse või pideva kõrge temperatuuri juurde. Tehnilises valikus vaadatakse alati konkreetset sulamit ja kasutuskeskkonda koos.

Kuidas eristada puhast niklit niklit sisaldavast sulamist?

Visuaalse vaatluse järgi on see sageli keeruline. Paljud niklit sisaldavad sulamid on samuti hõbedase värvusega ning magnetitest ei piisa usaldusväärseks määramiseks. Ka massi või tiheduse järgi hinnates võib tulemus olla eksitav, sest eri sulamitel on lähedased omadused.

Kindla koostise määramiseks kasutatakse tööstuses materjalisertifikaate või analüüsimeetodeid, näiteks röntgenfluorestsentsanalüüsi. Vanametalli või tundmatu detaili puhul tasub arvestada, et väljanägemine ei kinnita niklisisaldust ega metalli puhtust. Sama põhjusel ei saa tundmatu detaili väärtust hinnata ainult selle põhjal, et see näib olevat nikkel.

Nikli hind ja metalli omadused on eri teemad

Nikkel on börsil kaubeldav tööstusmetall, kuid selle turuhind ei kirjelda automaatselt konkreetse niklit sisaldava eseme väärtust. Sulami tegelik koostis, niklisisaldus, puhtus, kogus, kuju ja ümbertöötlemise kulud võivad kohaliku kokkuostu- või materjalihinna viia turuhinnast erinevale tasemele.

Kui eesmärk on võrrelda niklit teiste metallidega või vaadata laiemat turupilti, kasuta metallihindade ülevaadet. Nii jääb omaduste teema eraldi hinnaliikumisest, mis võib aja jooksul kiiresti muutuda.

Kokkuvõte: mis metall on nikkel?

Nikkel ehk Ni on aatomnumbriga 28 siirdemetall, mida iseloomustavad hõbevalge välimus, suhteliselt suur tihedus, kõrge sulamistemperatuur, hea töödeldavus ja paljudes tingimustes tugev korrosioonikindlus. Puhas nikkel on toatemperatuuril ka ferromagnetiline.

Praktikas on nikli tähtsaim roll sageli sulamites, kus see aitab saavutada soovitud tugevust, kuumataluvust ja korrosioonikindlust. Seetõttu leidub niklit roostevabas terases, kuumakindlates materjalides, akudes, pinnakatetes ja vask-nikli sulamites. Konkreetse detaili omaduste hindamisel tuleb siiski lähtuda kogu materjali koostisest, mitte ainult nikli olemasolust.