نیکل عنصر جدول تناوبی۲۸ با علامت Ni ، فلزی مقاوم، چکش‌خوار، براق با ساختار بلورین و مکعبی‌شکل به رنگ سفید و نقره‌ای است. این عنصر از نظر خواص مغناطیسی و فعالیت شیمیایی شبیه به آهن و کبالت است.
اگرچه نیکل بیشتر به دلیل استفاده از آن در ضرب سکه شناخته شده است، اما به دلیل کاربردهای صنعتی فراوانش که اهمیت آن را مدیون ترکیبی منحصر به فرد از خواص است، اهمیت بیشتری پیدا کرده است. نیکل دارای نقطه ذوب نسبتاً بالا (1453 درجه سانتیگراد ـ 2647 درجه فارنهایت) و ساختار کریستالی مکعبی است که به فلز انعطاف‌پذیری خوبی می دهد. آلیاژهای نیکل، مقاومت بالایی در برابر خوردگی در محیط‌های مختلف از خود نشان می‌دهند و توانایی تحمل طیف وسیعی از دماهای بالا و پایین را دارند. در فولادهای ضد زنگ، نیکل پایداری لایه اکسید محافظ را بهبود می‌بخشد که مقاومت در برابر خوردگی را فراهم می‌کند. سهم عمده آن در ارتباط با کروم در فولادهای زنگ نزن آستنیتی است که در آن نیکل ساختار آستنیتی را قادر می‌سازد تا در دمای اتاق حفظ شود. فناوری مدرن به شدت به این مواد وابسته است که بخش مهمی از صنایع شیمیایی، پتروشیمی، برق و صنایع وابسته را تشکیل می‌دهند.
نیکل و آلیاژهای آن
نیکل خالص دارای ترکیبی مفید از خواص، از جمله مقاومت در برابر خوردگی، استحکام خوب و شکل پذیری بالا، حتی در دماهای بسیار پایین است. همچنین دارای خواص الکترونیکی مفید و خواص مغناطیسی ویژه است. نیکل به ویژه کاتالیزور خوبی برای هیدروژنه کردن ترکیبات غیراشباع در روغن های گیاهی، حیوانی و ماهی است و آنها را از مایع به جامد تبدیل می کند.
نیکل همچنین جزء ضروری آلیاژهای طلای سفید است که به طور گسترده برای جواهرات استفاده می‌شود. این آلیاژها همچنین حاوی نیکل، مس و روی هستند که همگی خلوص بالایی دارند.
رنگ سفید نیکل جذاب است و بیشتر آلیاژهای آن با مس، عمدتاً سفید هستند. توانایی آن برای تشکیل آلیاژهای قوی و انعطاف‌پذیر با بسیاری از فلزات از جمله آهن، کروم، کبالت، مس و طلا، آن را در صنعت به یک فلز راهبردی بدل کرده است.
آبکاری نیکل
نیکل در برابر خوردگی توسط فلوئور، قلیاها و انواع مواد آلی مقاوم است. نرخ خوردگی پایین آن، همراه با مقاومت آن در برابر خوردگی توسط کلرید سدیم و سایر کلریدهای مورد استفاده در جاده‌ها در طول زمستان، آن را به عنوان پوشش تزئینات خودرو به همراه روکش کروم ضروری می‌کند. آبکاری نیکل به عنوان پوششی برای مخازن و دیواره‌های داخلی لوله‌های بزرگ و تجهیزات مشابه در صنایع شیمیایی نیز کاربرد فراوانی دارد.
مس نیکل
افزودن مس به نیکل، مجموعه‌ای از آلیاژهای مفید را فراهم می‌کند. آلیاژ مونل (Monel)، حاوی 67 درصد نیکل و الباقی مس، به لحاظ مقاومت در برابر خوردگی، قوی تر از نیکل است. در برابر جریان سریع آب دریا بسیار مقاوم است و کاربردهای دریایی زیادی دارد. افزودن درصد کمی از آلومینیوم و تیتانیوم، آن را در برابر بارش مقاوم می‌کند. این آلیاژِ با مقاومت بالا به‌طور گسترده، برای شفت پروانه استفاده می‌شود. افزایش مس به 55 درصد باعث تولید آلیاژ الکتریکی به نام کنستانتان (constantan) می‌شود که به عنوان ترموکوپل همراه با مس خالص استفاده می‌شود.
آلیاژهای 30 درصد نیکل و 10 درصد مس، که معمولاً حاوی 0/5 درصد و 1/5 درصد آهن هستند، به‌طور گسترده‌ای به شکل لوله برای مبدل‌های حرارتی و کندانسور استفاده می‌شود. مقاومت آنها در برابر خوردگی آب دریا باعث می‌شود که آنها در فرایندهای نمک‌زدایی مهم باشند. آلیاژهای مبتنی بر مس که حاوی درصد کمی نیکل هستند، درصورت افزودن 5 تا 8 درصد قلع یا مقدار کمتری سیلیکون یا فسفر، در اثر رسوب سخت می‌شوند که کاربرد خاصی دارند.
آلیاژ نیکل-نقره، حاوی 10 تا 30 درصد نیکل و الباقی مس و روی است. این آلیاژ به عنوان پایه ای مطلوب برای ظروف با روکش نقره کاربرد دارد. همچنین به عنوان ماده فنری برای رله استفاده می‌شود.
آلیاژهای مغناطیسی
این واقعیت که طول نیکل با مغناطیسی شدن تغییر می‌کند، آن‌را به‌عنوان یک مبدل اولتراسونیک در دستگاه‌های مختلف دفاعی مورد استفاده در اعماق دریاها مفید می‌کند. آلیاژسازی نیکل با حدود 21 درصد آهن در تولید آلیاژهایی با نفوذپذیری مغناطیسی فوق‌العاده بالا خواص چشمگیری دارد. این نوع آلیاژ که به Permalloy معروف است، در آزمایشگاه های تلفن بل در سال 1916 کشف شد و ارزش زیادی در انتقال ارتباط تلفنی از راه دور، از جمله در کابل‌های زیر دریا، داشته است. آلیاژهای دیگری از حدود 45 تا 50 درصد نیکل و الباقی آهن برای مصارف مغناطیسی در قدرت میدان بالاتر ساخته شده‌اند.
گروه قابل توجهی از آلیاژهای آهنربای دائمِ حاوی نیکل در اوایل دهه 1930 در ژاپن ساخته شد. نمونه اولیه شامل 25 درصد نیکل، 12 درصد آلومینیوم و الباقی آهن بود. نسخه‌های قدرتمندتر آن مانند Alnico V (حاوی 8 درصد آلومینیوم، 14 درصد نیکل، 24 درصد کبالت، 3 درصد مس و الباقی آهن) که در هلند ساخته شده‌اند، در یک میدان مغناطیسی تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند. این آلیاژ تأثیر عمیقی بر طراحی بسیاری از وسایل الکتریکی از جمله جداکننده‌های مغناطیسی، موتورهای DC و ژنراتورهای خودرو داشتند.
آلیاژهای انبساط حرارتی
اینوار (Invar)، آلیاژی حاوی 36 درصد نیکل والباقی آهن، به دلیل انبساط حرارتی بسیار کمی که دارد قابل توجه است. این آلیاژ در سال 1898 کشف شد و همراه با آلیاژهای نیکل که بعداً توسعه یافتند، کاربردهای زیادی از ترموستات‌ها تا چرخ‌های تعادل ساعت، اتصالات فلز به شیشه بخصوص در چراغ های الکتریکی و لوله‌های رادیویی دارد.
فولادهای با مقاومت بالا
اولین بازار عمده نیکل در تولید فولادهای نیکل و نیکل ـ کروم برای ورق زره بود، اما با اختراع نیروگاه‌های توربین بخار، خودرو، ماشین‌های کشاورزی و هواپیما، گروه جدیدی از فولادهای با استحکام بالا حاوی 0/5 تا حدود 5 درصد نیکل همراه با سایر فولادها، حاوی فلزاتی مانند کروم و مولیبدن توسعه یافتند. اخیراً با تقاضای فولادها برای استفاده در دمای فوق‌العاده پایین با گازهای مایع، فولاد 9 درصد نیکل و آلیاژهایی با محتوای نیکل بالاتر تقاضا شده است. این فولادها برای سخت شدن با عملیات حرارتی به کربن متکی هستند. نیکل، فولاد را سفت می‌کند و فرآیند سخت شدن را کند می‌کند؛ به‌طوری‌که می‌توان بخش‌های بزرگتر را تحت عملیات حرارتی قرار داد. یک آلیاژ آهن بدون کربن به نام فولاد ماراژینگ ساخته شده است که حاوی 18 درصد نیکل، به علاوه کبالت، تیتانیوم و مولیبدن است. این آلیاژ را می‌توان برای ایجاد استحکام کششی حدود 2،000 مگا پاسکال (یعنی 21،000 کیلوگرم بر سانتی متر مربع یا 300،000 پوند بر اینچ مربع)، همراه با کشیدگی 5 تا 10 درصد، تحت عملیات حرارتی قرار داد.
آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت
نیکل در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا و در برابر فرسایش الکتریکی مقاوم است. به این دلایل، آلیاژهایی که نیکل بالایی دارند، مانند آلیاژ 4 درصد منگنز، برای الکترودهای شمع در خودروها و سایر انواع جرقه‌زن استفاده می شود. افزودن 15 تا 20 درصد کروم به نیکل، مقاومت در برابر اکسیداسیون را بسیار بهبود می‌بخشد؛ به‌طوری‌که از چنین آلیاژهایی برای مقاومت الکتریکی بخاری‌های برقی استفاده می‌شود. آلیاژهای حاوی 15 تا 20 درصد کروم، به‌علاوه مقادیر مختلف آهن، و آلیاژی حاوی 35 درصد کروم، 20 درصد نیکل و الباقی آهن، کاربرد صنعتی گسترده‌ای دارند که در آن استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی در طیف وسیعی از دماها وجود دارد. افزودن مقادیر کمی از آلومینیوم و تیتانیوم به آلیاژی که دارای نیکل و کروم بالایی است اجازه می‌دهد تا با عملیات بارشی تقویت شود. آلیاژهایی از این نوع در موتور جت هواپیما استفاده می‌شود. توربین‌های گازی به آلیاژهای مشابهی نیاز دارند و اهمیت آنها برای مصارف برق صنعتی در حال افزایش است.
فولادهای ضد زنگ
گروه بزرگی از فولادهای آلیاژی از 18 درصد کروم، 8 درصد نیکل؛ 25 درصد کروم، 20 درصد نیکل؛ تا 20 درصد کروم، 35 تا 40 درصد نیکل در جایی که مقاومت در برابر خوردگی، یک نیاز اصلی است، استفاده می‌شود. فولادهای زنگ نزن، که ترکیب 18 درصد کروم – 8 درصد نیکل شناخته‌شده‌ترین آنهاست، به‌طور گسترده در جایی که مقاومت در برابر لکه و خوردگی باید با استحکام بالا همراه باشد، استفاده می شود. با اطمینان می‌توان گفت که بیشترین استفاده از نیکل در تولید فولاد ضد زنگ است.
ترکیبات شیمیایی
ترکیب هگزا هیدرات سولفات نیکل، NiSO4 · 6H2O، در پالایش الکترولیتی نیکل و همچنین در اکثر حمام‌های آبکاری نیکل استفاده می‌شود. هگزا هیدرات کلرید نیکل، NiCl2 · 6H2O، اغلب همراه با سولفات در حمام‌های آبکاری استفاده می‌شود. درحالی‌که سولفامات نیکل، Ni (SO3NH2) · 4H2O، و فلوبورات نیکل، Ni (BF4)2، در برخی از انواع جدیدتر حمام‌های آبکاری استفاده می‌شود. اکسید نیکل، NiO، در فرآیندهای پالایش نقش دارد و همچنین ممکن است یک محصول نهایی باشد.
