Ни́келевые спла́вы, сплавы на основе никеля (Ni). В технике используют преимущественно сложнолегированные никелевые сплавы, в которых содержание Ni (по массе) около 50 % и более. Большинство никелевых сплавов – твёрдые растворы, содержащие различные элементы [хром (Cr), марганец (Mn), железо (Fe), медь (Cu), алюминий (Al), титан (Ti), молибден (Mo), вольфрам (W), ванадий (V) и др.], имеют гранецентрированную кубическую решётку. В зависимости от легирования и способов получения никелевые сплавы обладают повышенной прочностью, жаростойкостью, жаропрочностью, высокими коррозионной стойкостью и электрическим сопротивлением, ферромагнетизмом и др.

Никелевые сплавы применяются в промышленных масштабах с конца 19 – начала 20 вв. По назначению подразделяются на электротехнические, жаростойкие, жаропрочные (деформируемые, литейные, а также дисперсно-упрочнённые), коррозионно-стойкие и сплавы с особыми свойствами – с эффектом памяти формы, аморфные и др.

Электротехнические никелевые сплавы. Сплавы Ni (45–85%) с Fe (пермаллой, перминвар, перменорм) характеризуются высокими значениями магнитной проницаемости, которой обладают магнитомягкие материалы. Такие сплавы используются в качестве сердечников прецизионных трансформаторов, дросселей, устройств магнитной памяти и др. Сплав Ni с 35 % Fe, имеющий при высокой магнитной проницаемости прямоугольную петлю гистерезиса, применяется в магнитных усилителях с высоким усилением. Супермаллой (79–80 % Ni, до 5 % Mo, остальное – Fe) обладает максимальной магнитной проницаемостью в сочетании с малой коэрцитивной силой. Этот сплав используется в сверхчувствительных трансформаторах (главным образом в импульсных) и в сверхчувствительных магнитных усилителях. Такие никелевые сплавы дополнительно легируют W, Mo, V, Cr, обеспечивая требуемые сочетания магнитных, электрических и механических свойств. Выпускаются в виде лент, листов, фольги, проволоки и др.

Никелевые сплавы, легированные Mn (до 5 %), характеризуются вакуумно-плотной (практически без пор) однородной структурой с высоким сопротивлением искровой эрозии. Применяются в вакуумной технике, а также, например, в контактах свечей зажигания двигателей внутреннего сгорания.

Никелевые сплавы, содержащие либо Mo (до 25 %), либо Cr (до 20 %), либо Mn (до 45 %) с добавками Al, V, Fe, Cu и других, обладают сочетанием близкого к нулю (или отрицательного) температурного коэффициента электрического сопротивления (ТКЭС) с высоким удельным электрическим сопротивлением. Эти сплавы используются при изготовлении малогабаритных резисторов и тензорезисторов, которые обеспечивают высокое постоянство электрических параметров.

К электротехническим никелевым сплавам также относятся хромель, алюмель (сплавы для термопар) и нихромы (для нагревательных приборов). Нихром с Cr (около 20 %) имеет в 10 раз большее электрическое сопротивление, чем техническое железо. Ферронихрому, содержащему Cr (15 %) и Fe (25 %), соответствует максимум удельного электрического сопротивления в системе Ni – Fe – Cr.

Жаростойкие никелевые сплавы преимущественно на основе нихрома, легированного в небольших количествах Al, Ti, Mo, W и другими, обладают повышенным сопротивлением воздействию газовой среды при высоких температурах. Применяются для малонагруженных элементов печей, жаровых труб и других деталей, нагреваемых длительно до 1200 °C. Повышенная жаростойкость нихрома обусловлена образованием плотной плёнки оксида (Cr₂O₃) и шпинели (NiCr₂O₄) на поверхности изделий.

Жаропрочные никелевые сплавы (наиболее важная группа никелевых сплавов) характеризуются сочетанием жаростойкости и повышенными механическими свойствами при высоких температурах. Разработаны в начале 1940-х гг. на основе нихрома, легированного Ti (до 3,2 %) и Al (до 7 %). Впоследствии было создано большое число сплавов, дополнительно легированных Mo, W, кобальтом (Co), ниобием (Nb), танталом (Ta), V, бором (B), цирконием (Zr), гафнием (Hf) и другими, которые получили названия нимоник (в Великобритании) и инконель (в США). В этих сплавах Cr, Mo, W и другие упрочняют твёрдый раствор никеля – γ-фазу, а при старении закалённых сплавов из γ-раствора выделяется упрочняющая упорядоченная дисперсная γ´-фаза – Ni₃(Al,Ti). Деформируемые никелевые сплавы применяют в ответственных изделиях авиационный и ракетно-космической техники. Усложнение легирования снижает технологичность сплавов при обработке давлением. Поэтому, вытесняя деформируемые, широкое распространение получили литейные сплавы, которые могут быть более легированными, а следовательно, и более жаропрочными (до 1100 °C). Изделия из никелевых сплавов достигают наивысшей жаропрочности при использовании направленной кристаллизации (например, для получения монокристаллических деталей). Повышение рабочей температуры сплавов с 800 до 1100 °C позволило значительно увеличить мощность и ресурс авиационных двигателей, уменьшить удельный расход топлива. Из жаропрочных никелевых сплавов изготавливают также ряд деталей турбин промышленных наземных установок, двигателей наземного транспорта и др. Более высокой жаропрочностью и технологичностью обладают дисперсно-упрочнённые никелевые сплавы, которые получают сочетанием химических процессов либо механического легирования с методами порошковой металлургии. Механическое легирование позволяет одновременно применить оксидное, твёрдорастворное и получаемое выделением дисперсной γ´-фазы упрочнение, что необходимо для использования сплавов в более широком диапазоне температур. Структура дисперсно-упрочнённых никелевых сплавов – наноразмерные оксиды торий (Th), Hf, иттрий (Y), Zr и другие в никелевой матрице. Наиболее известен сплав Ni с высокодисперсными оксидами тория (ТД-никель).

Коррозионно-стойкие никелевые сплавы сохраняют работоспособность в коррозионной среде. Монель-металл широко применяется в химическом машиностроении и приборостроении, а также для изготовления медицинских инструментов и др. Никелевые сплавы, легированные Mo (до 30 %) или Cr и Mo (в сумме до 30 %) либо Mo и Fe (до 40 %), известны под названиями хастелой, реманит и др. Используются для изготовления химической аппаратуры, работающей в высокоагрессивных средах (например, в соляной, серной и фосфорной кислотах различной концентрации) при температурах, близких к температурам кипения раствора.

Никелевые сплавы с эффектом памяти формы (нитинолы) обладают способностью восстанавливать начальную форму после деформации и нагрева (в том числе многократно). Они прочны, совместимы с тканями живого организма, технологичны. Используются в виде различных соединительных деталей и специальных изделий сложной конфигурации в медицине, космической технике, приборостроении, радиотехнике и др.

Аморфные никелевые сплавы содержат легирующие добавки кремний (Si), B, Cr, Fe, Mn и др. При изготовлении расплав охлаждают со скоростью более 150 °C в секунду для получения стеклообразного состояния в виде тонкой (100–200 мкм) ленты или проволоки. Аморфные никелевые сплавы обладают высокой прочностью, твёрдостью, коррозионной стойкостью, высоким электрическим сопротивлением и низким ТКЭС. Широко используются в электронике, а также в качестве припоев для жаропрочных никелевых сплавов.

Иногда к никелевым сплавам ошибочно относят сплавы, в которых никель используется как главный легирующий компонент (обычно менее 45 %), например коррозионно-стойкие и высокопрочные стали, сплавы на основе Fe (инвар, ковар, ални), а также медно-никелевые сплавы (мельхиор, нейзильбер, куниаль и др.).