ニッケル基合金は、最も高温強度が高く、最も広く使用されている超合金である。
主な理由は以下の通りだ：
- より多くの合金元素をニッケル基合金に溶解させることができ、構造の安定性を維持することができる。
- コヒーレントな秩序を持つA3B金属間化合物γ'[Ni3(Al,Ti)]相を強化相として形成することができるため、合金を効果的に強化することができ、高温強度は鉄やコバルトベースの超合金よりも高い。
- 3.クロム含有ニッケル基合金は、鉄基超合金よりも耐酸化性と耐ガス腐食性に優れている。
ニッケル基合金には10種類以上の元素が含まれており、そのうちCrは主に酸化防止と防錆の役割を果たし、その他の元素は主に強化の役割を果たす。
タングステン、モリブデン、コバルト、クロム、バナジウムなどの固溶体強化元素である；
アルミニウム、チタン、ニオブ、タンタルなどの析出強化元素、ホウ素、ジルコニウム、マグネシウム、希土類元素などの粒界強化元素。
ニッケル基超合金には、強化方法によって固溶強化合金と析出強化合金がある。
"固溶体強化合金
一定の高温強度、良好な耐酸化性、耐熱腐食性、耐寒性、熱疲労性能、良好な塑性と溶接性を有し、ガスタービンの燃焼室のような使用温度が高く、応力の少ない部品の製造に使用できる。
"析出強化合金
一般に、固溶体強化、析出強化、粒界強化の3つの強化法が統合されているため、高温クリープ強度、耐疲労性、耐酸化性、耐熱腐食性に優れ、ガスタービンのタービンブレードやタービンディスクなど、高温下で高い応力を受ける部品の製造に使用できる。
ニッケル基合金は650～1000℃で高い強度と耐酸化性を持つ。主な特性により、ニッケル基耐熱合金、ニッケル基耐食合金、ニッケル基耐摩耗合金、ニッケル基精密合金、ニッケル基形状記憶合金に分けられます。
"ニッケル基耐食合金
主な合金元素は銅、クロム、モリブデン。優れた総合特性を持ち、様々な酸腐食や応力腐食に耐えることができる。最も初期の用途はニッケル銅（Ni-Cu）合金で、モネル合金（Monel alloy Ni 70 Cu30）としても知られている。 ハステロイB シリーズ）、ニッケル-クロム-モリブデン（Ni-Cr-Mo）合金（主にハステロイCシリーズを指す）などがある。同時に、純ニッケルもニッケル基耐食合金の代表的なものである。これらのニッケル基耐食合金は、主に石油、化学、電力など様々な耐食環境用部品の製造に使用されています。
ニッケル基耐食合金の多くはオーステナイト組織を有する。固溶・時効処理状態では、オーステナイト母相や粒界に金属間化合物や金属炭窒化物が存在し、組成によって各種耐食合金が分類され、その特徴は以下の通りである：
Ni-Cu合金は、還元性媒体中ではニッケルよりも耐食性に優れ、酸化性媒体中では銅よりも耐食性に優れ、酸素や酸化剤が存在しない場合、高温のフッ素ガス、フッ化水素、フッ酸に耐える最良の材料である。
Ni-Cr合金もニッケル基耐熱合金であり、主に酸化性媒体条件下で使用される。硫黄やバナジウムを含むガスの高温酸化や腐食に強く、クロム含有量の増加とともに耐食性は向上する。この種の合金は、水酸化物（NaOH、KOHなど）腐食や応力腐食耐性にも優れています。
Ni-Mo合金は、主に還元性媒体による腐食条件下で使用される。塩酸腐食に耐える最も優れた合金の一つであるが、好気性および酸化剤の存在下では耐食性は著しく低下する。
Ni-Cr-Mo（W）合金は、上記のNi-Cr合金とNi-Mo合金の特性を有する。主に酸化性と還元性の混合媒体条件下で使用される。この種の合金は、高温のフッ化水素ガス中、酸素と酸化剤を含む塩酸およびフッ化水素酸溶液中、および室温の湿った塩素ガス中で良好な耐食性を有する。
Ni-Cr-Mo-Cu合金は、硝酸と硫酸の両方の腐食に耐える能力を持ち、いくつかの酸化還元性混合酸に対しても良好な耐食性を示す。
応用分野
ニッケル基超合金は、次のような多くの分野で使用されている：
1.海洋海洋環境における海洋構造物、海水淡水化、海洋養殖、海水熱交換など。
2、環境保護：排煙脱硫装置の火力発電、廃水処理。
3.エネルギー分野：原子力発電、石炭の総合利用、潮力発電など。
4.石油化学分野：石油精製、化学装置など
5.食品分野：製塩、醤油醸造など
"ニッケル基耐摩耗合金
主な合金元素はクロム、モリブデン、タングステンだが、少量のニオブ、タンタル、インジウムも含まれる。耐摩耗性に加え、耐酸化性、耐食性、溶接性が良い。コーティング材としても使用でき、表面溶接や溶射によって他の母材表面にコーティングすることができる。
ニッケル基粉末には自溶合金粉末と非自溶合金粉末がある。
非自溶性ニッケル基粉末とは、B、Siを含まない、またはB、Si含有量が低いニッケル基合金粉末を指す。この種の粉末はプラズマアーク溶射、フレーム溶射、プラズマ表面強化に広く使用されている。Ni-Cr合金粉、Ni-Cr-Mo合金粉、Ni-Cr-Fe合金粉、Ni-Cu合金粉、Ni-PおよびNi-Cr-P合金粉、Ni-Cr-Mo-Fe合金粉、Ni-Cr-Mo-Si高耐摩耗合金粉、Ni-Cr-Fe-Al合金粉、Ni-Cr-Fe-Al-B-Si合金粉、Ni-Cr-Si合金粉、Ni-Cr-W系耐摩耗合金粉など。
ニッケル基自溶合金粉は、ニッケル合金粉に適量のBとSiを添加して形成したものである。いわゆる自溶合金粉は、低共晶合金、硬質表面合金とも呼ばれ、ニッケル、コバルト、鉄基合金に低融点共晶合金元素（主にホウ素とケイ素）を添加して形成される一連の粉末材料である。一般的に使用されるニッケル基自溶合金粉は、Ni-B-Si合金粉、Ni-Cr-B-Si-Mo、Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu、高モリブデンニッケル基自溶合金粉、高クロムモリブデンニッケル基自溶合金粉、Ni-Cr-W-C基自溶合金粉、高銅自溶合金粉、金粉、タングステンカーバイド分散型ニッケル基自溶合金粉などである。
合金中の様々な元素の役割：
ホウ素とケイ素元素の役割：合金の融点を大幅に下げ、固液相温度帯を拡大し、低融点共晶を形成する。
銅元素の役割：非酸化性酸に対する耐食性を向上させる。
クロム元素の役割: 固溶体強化、不動態化; 耐食性と高温耐酸化性の向上; 余分なクロムは、炭素やホウ素と炭化クロムやホウ化クロムの硬質相を形成しやすく、合金の硬度と耐摩耗性を向上させる。
モリブデン元素の役割：原子半径が大きく、溶解後に結晶格子が歪み、合金マトリックスを著しく強化し、マトリックスの高温強度と赤色硬度を向上させる。
"ニッケル基精密合金
ニッケル基軟磁性合金、ニッケル基精密抵抗合金、ニッケル基電熱合金を含む。最もよく使われる軟磁性合金は80%ニッケルパーマロイで、最大透磁率と初透磁率が高く、保磁力が低く、電子工業の重要なコア材料である。ニッケル基精密抵抗合金の主な合金元素はクロム、アルミニウム、銅である。この合金は抵抗率が高く、抵抗温度係数が低く、耐食性に優れ、抵抗器の材料として使用される。ニッケル基電熱合金は20%クロムニッケル合金で、耐酸化性、耐食性に優れ、1000~1100℃で長時間使用できる。
"ニッケル基記憶合金
50(at)%のチタンを含むニッケル合金。回復温度は70℃であり、形状記憶効果は良好である。ニッケル-チタンの成分比率を少し変えるだけで、回復温度を30~100℃の範囲で変化させることができる。宇宙船で使用される自動開閉構造部品、航空宇宙産業で使用される自己刺激ファスナー、生物医学で使用される人工心臓モーターなどの製造に広く使用されている。
組織
オーステナイト母相に加えて、母相中に分散するγ'相、粒界に存在する二次炭化物、凝固中に析出する一次炭化物やホウ化物が存在する。合金化度の増加に伴い、組織変化は次のような傾向を示す：γ'相の数は徐々に増加し、大きさは徐々に大きくなり、γ'相の大きさは立方体になり、同じ合金でも大きさや形状が異なるγ'相が現れる。鋳造合金では、凝固過程でγ+γ'共晶も形成され、粒界には不連続な粒状炭化物が析出し、その周囲をγ'相薄膜が取り囲む。このような微細組織の変化は、合金の特性を向上させる。
現代のニッケル基合金の化学組成は非常に複雑であり、合金の飽和度が非常に高いため、各合金元素（特に主強化元素）の含有量を厳密に管理する必要がある。そうしないと、使用中にσ、μ相などの有害な相が析出しやすくなり、合金の強度や靭性が損なわれるからである。方向性結晶タービンブレードと単結晶タービンブレードは、ニッケル基鋳造超合金で開発されている。
方向性結晶ブレードは、穴や亀裂の影響を受けやすい横方向の結晶粒界をなくし、すべての結晶粒界を応力軸の方向に平行にすることで、合金の使用性能を向上させます。単結晶ブレードは、すべての粒界をなくし、粒界強化元素を添加する必要がないため、合金の初期溶融温度が相対的に上昇し、合金の高温強度が向上し、合金の総合特性がさらに向上する。
生産技術
ニッケル基合金、特に析出強化合金は、アルミニウムやチタンなどの高合金元素を含む。通常、真空誘導炉で溶解し、真空消耗炉またはエレクトロスラグ炉で再溶解する。熱間加工は、鍛造、圧延加工、高合金合金の場合、熱可塑性に乏しいため、圧延後の押し出し加工、または軟鋼（またはステンレス鋼）シースによる直接押し出し加工を用いる。鋳造合金は通常真空誘導炉で溶解され、部品は真空再溶解と精密鋳造で作られる。
異形合金と鋳造合金の一部は、溶体化処理、中間処理、時効処理を含む熱処理を行う必要があり、Udmet 500合金を例にとると、その熱処理システムは4つの段階に分けられる：溶体化処理、1175℃、2時間、空冷；中間処理、1080℃、4時間、空冷；1回時効処理、843℃、24時間、空冷；2回時効処理、760℃、16時間、空冷。必要な組織状態と良好な総合性能を得るために。
高性能ニッケル基超合金を製造しています。このようなニーズをお持ちの方は、ぜひお問い合わせください。
