Les alliages à base de nickel sont utilisés comme matériaux à haute température et chimiquement résistants. La résistance chimique est principalement déterminée par les éléments d'alliage que sont le chromium, le molybdène et le tungstène. Une résistance thermique maximale peut être obtenue par un durcissement par précipitation avec de l'aluminium, du niobium et du titane.
Le principal composant des alliages à base de nickel est l’élément nickel. Les alliages à base de nickel sont principalement utilisés comme matériaux à haute température et comme matériaux chimiquement résistants, la résistance aux températures de fonctionnement élevées et aux conditions ambiantes étant notamment déterminée par les éléments d’alliage que sont le chrome, le molybdène, le cobalt, le tungstène et l’aluminium, entre autres. D’une part, les éléments d’alliage sont responsables du durcissement de la solution solide de Ni austénitique, mais d’autre part, ils sont également utilisés pour le durcissement par précipitation et le renforcement des particules. En fonction des propriétés requises, les alliages à base de nickel contiennent souvent plus de dix éléments d’alliage différents.
Les températures de fonctionnement permanentes des alliages à base de nickel peuvent atteindre environ 1 100 °C.
Les alliages nickel-fer, nickel-fer-chrome, nickel-chrome, nickel-molybdène-chrome et nickel-chrome-cobalt sont particulièrement utilisés. La plupart des alliages de nickel sont classés selon des normes internationales.
Les matériaux à base de nickel sont utilisés dans un large éventail d’applications, notamment dans
– dans l’industrie chimique pour l’ingénierie des procédés
tels que les tubes de condenseurs, les chaudières, les échangeurs de chaleur, les vannes et les pompes,
les vannes et les pompes
– l’industrie aérospatiale (moteurs, turbines, fixations)
– l’industrie automobile (par exemple, la technologie des soupapes, les convertisseurs catalytiques)
– Composants résistants à l’eau de mer pour les usines de dessalement
et dans la construction navale
– Production d’énergie (par exemple, générateurs de centrales électriques)
– Production de pétrole et de gaz (par exemple, outils de forage)
– Protection de l’environnement et gestion des déchets (par ex.
usines de désulfuration des gaz de combustion, usines d’incinération des déchets,
usines de dessalement de l’eau de mer, etc.
Les superalliages à base de nickel sont des alliages dont la composition est particulière et qui sont produits spécifiquement pour des applications à haute température (par exemple dans la construction de moteurs).
Le principal avantage des superalliages à base de nickel est leur résistance au fluage et à la fatigue à haute température. À partir d’environ 550 °C, ils sont supérieurs aux aciers à haute température à cet égard. Le durcissement par précipitation des phases intermétalliques permet d’utiliser les superalliages à base de nickel jusqu’à des températures de 1 100 °C. Les propriétés sont généralement influencées par la résistance au fluage et à la fatigue des superalliages à base de nickel. Les propriétés sont généralement obtenues par alliage avec de l’aluminium et/ou du titane et du niobium. Les précipités Ni3[Al,Ti, Nb] qui en résultent prennent une structure caractéristique en forme de bloc à des teneurs en alliage plus élevées. En outre, le fluage est empêché par des réseaux de carbures M23C6 et d’autres phases aux joints de grains contrôlés thermodynamiquement.
La résistance à la corrosion des alliages étant également très élevée en raison de la formation d’une couche d’oxyde très dense, ces matériaux sont le premier choix pour les matériaux de construction des turbines à gaz des centrales électriques et des turbines d’avion.
En fonction des exigences et de la situation de l’alliage, les alliages de nickel sont de préférence fondus à l’air dans des fours à arc électrique, parfois aussi dans des processus de fusion par induction sous vide, en particulier s’ils contiennent des teneurs élevées en éléments affines à l’oxygène, par exemple Ti et Al. Cette opération est généralement suivie d’une refonte par le procédé de refonte sous laitier électrolytique (ESU) ou le procédé de four à arc sous vide (VLBO) afin d’améliorer l’homogénéité et le degré de pureté. La composition chimique en général nécessite souvent des fenêtres de température étroites pour le formage à chaud et le traitement thermique.