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1) 니켈의 성질
가) 물리적 성질
Ni은 은백색이며 인성이 있다. 물리적 성질은 아래 표와 같다.
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원소기호
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원자번호
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원자량
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표준상태
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밀도(g/㎤, 25℃)
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융점(25℃)
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비등점(25℃)
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Ni
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28
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58.71
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고체
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8.90
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1453
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2900
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나)기계적 성질
Ni은 열간 및 냉간 가공이 가능하다. 열간 가공은 1000~1200℃에서 가공하고 재결정은 500℃ 정도에서 시작하며, 풀림 열처리는 800℃ 정도에서 한다. 기계적 성질은 아래 표와 같다.
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비중
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경도(HB)
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인장강도
(kg/㎟)
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신율
(%)
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융점
(℃)
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열전도
(cal(cm℃sec)
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열팽창율
(X 10-6)
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비열
(cal/g℃)
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비전기저항(X 10-6)
(Ω/㎠)
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8.90
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96
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50
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40
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1452
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0.142
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12.8
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0.109
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11.8
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다)화학적 성질
내식성이 좋아 대기 중에서는 부식되지 않으나, 이산화황을 함유한 대기중에서는 심하게 부식된다. 증류수, 수돗물, 바다물 등에는 내식성이 강하며 내열성이 있다. 공기 중에서는 500℃ 이상에서 서서히 산화가 시작되어 750℃ 이상에서는 산화속도가 빨라진다. 알칼리 및 중성용액에서는 뛰어난 내식성이 있으며, 수산화나트륨 농축 장치용 재료로 쓰인다.
2) 니켈 합금
Ni 합금에는 Ni-Cu계, Ni-Mo계, Ni-Mo-Cr계 Ni-Cr계, Ni-Cr-Mo계, Ni-Cr-Mo-Cu계 및 Ni-Si계 등이 있으며, 주로 내식성, 내열성 합금으로 사용된다.
가)Ni-Cu계 합금
Ni과 Cu는 전율 고용체를 만든다. 50% Ni 부근에서 전기 저항이 최대, 온도계수는 최소가 되고, Ni 성분의 증가에 따라 60~70% Ni에서 기계적 성질의 변화는 강도, 경도가 최대가 된다.
또, 냉간 가공후 저온에서 풀림을 하면 강도 및 탄성 한도는 증가한다.
50~60% Cu를 함유한 모넬 메탈(monel metal)은 내식성 및 기계적, 화학적 성질이 매우 우수하다. R 모넬(0.035%S함유), KR 모넬(0.28%C함유) 등은 쾌삭성이 좋으며, H 모넬(3%Si함유)과 S 모넬(4%Si 함유)메탈은 경화성 및 강도가 크다.
나)Ni-Fe 계 합금
Ni-Fe 계 합금은 강하고 인성이 좋으며 내식성이 우수하므로 밸브, 보일러의 파이프 등에 사용되며, 다음과 같이 다섯 종류가 있다.
(1) 인바(invar)
조성은 36%Ni, 0.1~0.3%Co, 0.4%Mn 나머지는 Fe로 된 합금으로 열팽창계수(0.97X10-7)가 상온 부근에서 매우 작아 길이의 변화가 거의 없다. 이런 특성 때문에 길이 측정용 표준자, 전자 분야에서는 바이메탈, VTR의 헤드 고정대 등에 널리 쓰이고 있다.
(2) 슈퍼인바(super invar)
조성은 30~32%Ni, 4~6%Co, 및 나머지 Fe을 함유한 합금으로 20℃의 팽창 계수가 0에 가깝다.
(3)엘린바(elinvar)
조성은 36%Ni, 12%Cr, 나머지 Fe로 된 합금으로 특성은 온도에 따른 탄성률의 변화가 없다. 고급시계, 지진계, 압력계, 스프링 저울, 다이얼 게이지, 유량계, 계측 기기 등의 부품에 사용된다.
(4) 플래티나이트(platinite)
조성은 44~47.5%Ni과 Fe 등을 함유한 합금으로 열팽창계수(9X10-6)는 유리나 Pt 등에 가까우므로 전등의 봉입선에 이용된다.
그 후, 이 종류의 합금선에 Cu를 피복하고 다시 표면을 산화 처리 또는 붕사 처리한 듀멧(dumet)선이 개발되었다. 듀멧선은 전자관, 전구, 방전램프, 반도체 디바이스 등의 연질 유리에 들어가는 선으로 이용된다.
(5) 니칼로이(nickalloy)
조성은 50%Ni, 50%Fe 합금으로 초투자율, 포화 자기, 전기 저항이 크므로 저출력 변성기, 저주파 변성기 등의 자심으로 널리 사용된다.
(6) 펌알로이(permalloy)
조성은 70~90%Ni, 나머지는 Fe를 함유한 합금으로 자기장 강도의 어느 범위 내에서 일정한 투자율을 가지며 고주파용 철심이나 오디오 헤드로 사용되고 있다.
다) 내식성 Ni 합금
(1) Ni-Mo 합금
Ni에 Mo을 넣으면 염산에 대한 내식성이 좋아진다. 이 계의 실용 합금에는 하스텔로이(hastelloy)가 대표적이다. 일반적으로 산화성이 없는 환경에서 우수한 내식성이 있으며, 염류, 알칼리, 황산, 인산, 유기산 등의 수용액에 적합하며 종류에는 하스텔로이 B-2, C-276, C-4, G-3, C-22 등이 있다.
(2) Ni-Cr 합금
이 계의 실용합금에는 인코넬(inconel)이 있으며, 산화성 산, 염류, 알칼리 H2SO4이 함유된 가스 등에 우수한 내식성을 가진다. 이 종류에는 인코넬 600, 625가 있다.
(가) 인코넬 600 : 이 합금은 내열성과 내식성이 함께 요구되는 석유화학 장치, 약품 및 식품 공업용 장치에 사용한다.
조성은 72%Ni 이상, 14~17%Cr, 6~10%Fe, 0.5%Cu, 0.15%C이다.
(나)인코넬 625 : 이 합금은 고Cr이어서 내산화성이 좋고 Mo 함유량이 높아서 내응력부식균열성에 강하며, 기계적 강도도 크므로 최근에는 원자력 공장의 폐액 농축 장치용 재료나 유전용 관에 사용된다.
조성은 58%Ni, 20~23%Cr, 8~10%Mo, 0.5%Fe, 0.1%C이다.
라) 내열성 Ni 합금
(1) Ni-Cr 합금
Ni-20%Cr 합금을 크로멜(chromel)이라 하며 고온 산화에 견디고, 고온 강도도 높으므로 고온용 발열체로서 널리 사용된다. 또 이 합금에 알무멜(alumel, 35%Al, 0.5%Fe, 나머지 Ni)을 조합하여 열전대(thermocouple)로 사용하고 있으며 최고 사용온도는 1200℃이다.
(2) Ni-Cr-Fe 합금
전열재료로서 이용되며, 조성은 60%Ni, 16%Cr 나머지 Fe이며 이것에 2%까지의 Mn을 첨가한다. 이 합금은 내산화성이 낮으므로 저온용 발열체로 이용된다.
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