Nikel bazlı alaşımlar yüksek sıcaklığa ve kimyasal olarak dayanıklı malzemeler olarak kullanılır. Kimyasal direnç öncelikle alaşım elementleri Krom, Molibden ve Tungsten tarafından belirlenir. Maksimum termal direnç, alüminyum, niyobyum ve titanyum ile çökeltme sertleştirmesi ile elde edilebilir.
Nikel bazlı alaşımların ana bileşeni nikel elementidir. Nikel bazlı alaşımlar esas olarak yüksek sıcaklık malzemeleri ve kimyasal olarak dirençli malzemeler olarak kullanılır; bu sayede yüksek çalışma sıcaklıklarına ve ortam koşullarına karşı direnç özellikle diğerlerinin yanı sıra krom, molibden, kobalt, tungsten ve alüminyum alaşım elementleri tarafından belirlenir. Alaşım elementleri bir yandan östenitik Ni katı çözeltisinin katı çözelti sertleşmesinden sorumludur, ancak diğer yandan çökelme sertleşmesi ve parçacık güçlendirmesi için de kullanılırlar. Gerekli özelliklere bağlı olarak, nikel bazlı alaşımlar genellikle ondan fazla farklı alaşım elementi içerir.
Nikel bazlı alaşımların kalıcı çalışma sıcaklıkları yaklaşık 1.100 °C’ye kadar çıkmaktadır.
Özellikle nikel-demir, nikel-demir-krom, nikel-krom, nikel-molibden-krom ve nikel-krom-kobalt alaşımları kullanılır. Nikel alaşımlarının çoğu uluslararası standartlara göre sınıflandırılmıştır.
Nikel malzemeler çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır, özellikle
– kimya endüstrisinde proses mühendisliği için
kondenser boruları, kazanlar, ısı eşanjörleri, valfler ve pompalar gibi,
vanalar ve pompalar
– Havacılık ve uzay (örn. motorlar, türbinler, bağlantı elemanları)
– Otomotiv endüstrisi (örn. valf teknolojisi, katalitik konvertörler)
– Tuzdan arındırma tesisleri için deniz suyuna dayanıklı bileşenler
ve gemi yapımında
– Enerji üretimi (örn. enerji santrali jeneratörleri)
– Petrol ve gaz üretimi (örn. sondaj aletleri)
– Çevre koruma ve atık yönetimi (örn. baca gazı
desülfürizasyon tesisleri, atık yakma tesisleri,
deniz suyu tuzdan arındırma tesisleri vb.
Nikel bazlı süper alaşımlar, özellikle yüksek sıcaklık uygulamaları için (örneğin motor yapımında) üretilen özel bir bileşime sahip alaşımları ifade eder.
Nikel bazlı süper alaşımların ana avantajı, yüksek sıcaklıklarda sürünme ve yorulma dayanımlarıdır. Yaklaşık 550 °C’den itibaren bu açıdan yüksek sıcaklık çeliklerinden daha üstündürler. İntermetalik fazlar tarafından çökelme sertleşmesi, nikel bazlı süper alaşımların 1.100°C sıcaklıklara kadar kullanılabileceği anlamına gelir. Özellikler genellikle nikel bazlı süper alaşımların sürünme ve yorulma dayanımından etkilenir. Bu özellikler genellikle alüminyum ve/veya titanyum ve niyobyum ile alaşımlandırılarak elde edilir. Ortaya çıkan Ni3[Al,Ti, Nb] çökeltileri, daha yüksek alaşım içeriklerinde karakteristik blok benzeri bir yapı alır. Buna ek olarak, M23C6 karbürlerin ve diğer fazların termodinamik olarak kontrol edilen tane sınırı ağları ile sürünme önlenir.
Çok yoğun bir oksit tabakası oluşumu nedeniyle alaşımların korozyon direnci de çok yüksek olduğundan, bu malzemeler enerji santrallerinin gaz türbinlerinde ve uçak türbinlerinde yapı malzemeleri için ilk tercihtir.
Gereksinimlere ve alaşımlama durumuna bağlı olarak, nikel alaşımları tercihen elektrik ark ocaklarında havada eritilir, bazen de özellikle Ti ve Al gibi yüksek oksijen afin elementleri içeriyorlarsa vakumlu indüksiyon eritme işlemlerinde de eritilir. Bunu genellikle homojenliği ve saflık derecesini iyileştirmek için elektroslag yeniden eritme prosesi (ESU) veya vakum ark ocağı prosesi (VLBO) kullanılarak yeniden eritme takip eder. Genel olarak kimyasal bileşim, sıcak şekillendirme ve ısıl işlem için genellikle dar sıcaklık pencereleri gerektirir.