InfoNu.nl > Wetenschap > Techniek > Nikkel: Het element

Nikkel: Het element

Nikkel: Het element Nikkel is een relatief duur metaal die vooral bekend is als legeringselement in staal. De roestvaststaal industrie verbruikt circa 33% van de wereld nikkelproductie. De galvanische industrie verbruikt voor het aanbrengen van nikkellagen op materialen circa 15% van de nikkelproductie. Zonder nikkel geen austenitisch roestvast staal als AISI 304 en 316. De prijs van nikkel fluctueert zo sterk dat de prijs van hoogwaardige legeringen met een hoog nikkelgehalte gekoppeld is aan de nikkelprijs.

Nikkel in het periodiek systeem

NaamSymboolAtoomnummerGroepPeriodeBlokReeksKleur
NikkelNi28Platinagroep
4D-blokovergangsmetaalzilvergrijs

Chemische eigenschappen van nikkel

Atoom-
massa(u)
Elektronen-
configuratie
Oxidatie-
toestanden
Elektro-
negativiteit
(Pauling)
Atoom-
straal(pm)
ionisatie-
potentiaal (kJ/mol)
58,7[Ar]3d8 4s2+2+31,911241e 737
2e 1753
3e 3395

Fysische eigenschappen van nikkel

Dicht-
heid
(kg/m3)
Hard-
heid
Mohs
Smelt-
punt
(K)
Kook-
punt
(K)
Smelt-
warmte
(KJ/mol)
Verdamp-
ings-
warmte
(KJ/mol)
Kristal
structuur
Geluids-
snelheid
(m/s)
Speci-
fieke
warmte
(J/kg.K)
Elek-
trische
weerstand
(μΩ.cm)
Warmte-
geleiding
(W/m.K)
89004,01728319317,47370Kubisch vlakken gecentreerd (KVG)
49704406,8490,7

Nikkelerts

De commercieel interessante Nikkel mineralen zijn verdeeld in sulfiden, oxiden, silicaten en arseniden. De belangrijke ertsen heden zijn de sulfiden en oxiden. Nikkel wordt meestal gewonnen uit het mineraal pentlandiet (NiS•2FeS). De belangrijkste bronnen van nikkel zijn de mineralen liminiet, garniriet en pentlandiet. Ongeveer 30% van wereldwijd gebruikt nikkel komt uit Ontario in Canada, uit Norilsk in Rusland (35%), Noorwegen, Australie, Cuba en Indonesie. De ertsen bevatten 1,2 tot 5% nikkel.

Nikkel-erts pentlandiet / Bron: Publiek domein, Wikimedia Commons (PD)Nikkel-erts pentlandiet / Bron: Publiek domein, Wikimedia Commons (PD)
Nikkel-erts garnieriet / Bron: Didier Descouens, Wikimedia Commons (CC BY-SA-4.0)Nikkel-erts garnieriet / Bron: Didier Descouens, Wikimedia Commons (CC BY-SA-4.0)
Nikkel-erts liminiet / Bron: U.S. Geological Survey and the Mineral Information Institute, Wikimedia Commons (Publiek domein)Nikkel-erts liminiet / Bron: U.S. Geological Survey and the Mineral Information Institute, Wikimedia Commons (Publiek domein)

Ontwikkeling nikkelproductie / Bron: Con-struct, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)Ontwikkeling nikkelproductie / Bron: Con-struct, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)

Nikkelbereiding

  1. Erts gesmolten in koepeloven met cokes en kalksteentoeslag.
  2. Verkregen ruwe nikkel met een flux (CaS) tot briketten geperst.
  3. Briketten in een oven met 30% cokes.
  4. Ruwe nikkeloxiden met een siliciumhoudende flux in Bessemer convertor gezuiverd.
  5. Product bevat circa 80% nikkeloxide en circa 20% zwavel.
  6. Product verpulverd in kogelmolen waarna geroost om zwavel te verwijderen.
  7. Na roosten blijft er nikkeloxide over.
  8. Dit nikkeloxide met koolstof samengeperst tot tabletten en 48 uur verhit.
  9. Tijdens de verhitting de reactie: 2NiO + C 6 2Ni + CO²8.
  10. Eindresultaat technisch zuiver nikkel (circa 99,25%).

Technisch zuiver nikkel / Bron: Materialscientist, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)Technisch zuiver nikkel / Bron: Materialscientist, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)

Technisch zuiver nikkel 200 en 201

Deze kwaliteiten 200 en 201 met Werkstoff Nummers resp. 2.4066 en 2.4068 zijn technisch zuiver nikkel. Nikkel 200 hoge ductiliteit (taaiheid) goede warmtegeleiding en prima weerstand tegen corrosieve media. Nikkel 201 is practisch identiek aan nikkel 200 echter koolstofgehalte 201 is max 0,025%. Beide hebben in een reducerende omgeving goede corrosiebestendigheid. In oxiderende milieus ontstaat een passieve oxidefilm die het materiaal bestand maakt tegen natronloog, droge chloorwaterstof en droge broom. Nikkel 200 en 201 is bestand tegen spanningscorrosie in alkalische- chloridenhoudende oplossingen. Beide zijn goed koud en warm vervormbaar. Bij koudedeformatie groter dan 5% minimaal spanningsarm gloeien. Warmvervormen 800 - 1250oC. Houdt het milieu in de oven licht reducerend. Zwavelopname wegens de vorming van schadelijke nikkelsulfide. Zachtgloei temperatuur 700 -800 oC en voor spanningsarmgloeien 550 - 650oC, afkoelen in water. Nikkel 200 en 201 zijn goed lasbaar. LasprocessenTIG- en MIG en met beklede elektroden. De lastoevoegmaterialen zijn Werkstoffnummers 2.4155 voor TIG- en MIG-draad en 2.4156 voor elektroden.

Eigenschappen van technisch zuiver nikkel

  • Kubisch vlakkengecenterd rooster.
  • Hoge ductiliteit dankzij vele glijvlakken.
  • Goede corrosiebestendigheid.
  • Nikkel is één van de vier ferromagnetische metalen. D.w.z. dezelfde magnetische eigenschappen als ijzer (Fe), de andere twee zijn kobalt (Co) en gadolinium (Gd).
  • Constante magnetische permeabiliteit.
  • Geringe thermische uitzetting.
  • Goede eigenschappen bij hoge temperatuur.
  • Hoofd legeringselement in austenitische roestvaste stalen.
  • Lasbaarheid nikkel goed.
  • Goede kruipvastheid door tweelingen in de matrix en uitscheidingen, waardoor "wandelen" van dislocaties wordt belemmerd.

Lage mechanische waarden van technisch zuiver nikkel

  • Treksterkte 470 N/mm2
  • Strekgrens 150 N/mm2
  • Verlenging 40%
  • Insnoering 45%
  • Hardheid HB 110 HB
  • Elasticiteitsmodules 210.000 N/mm2

Chemisch vernikkelen(stroomloos vernikkelen)

  • Goede corrosiebestendigheid.
  • Hardheid van 50 HRc
  • Hoge hardheid, slijtvast onder barre omstandigheden b.v. offshore industrie.
  • Lage wrijvingscoëfficiënt (vermijdt koudlas)
  • Goede bases voor solderen

Chemisch nikkel

Kenmerk van het autokatalytische proces is dat overal waar het vloeibare medium kan komen de deklaag opgebouwd wordt, ook aan de binnenzijde van blinde gaten in het product. voordeel t.o.v. elektrolytisch nikkel is dat er een gelijkmatige laagdikte ontstaat die tot op microns nauwkeurig onder controle is. Het product is gelijk aan de maat zonder nabewerking. De nikkellaag is corrosiebestendig en soldeerbaar.

De hardheid van de chemisch nikkellaag is 450 – 500 HV. Door gloeien bij 280 ºC kan een hardheid van 850 – 900 HV verkregen worden (dispersieharding). Chemisch nikkel is een legering van nikkel en fosfor. Het meest gebruikte procédé is het "midden fosfor"procédé met 6 –9 % P. Er is ook een procédé met 10 – 12 % P. Dat geeft betere corrosie-eigenschappen.

Toepassing van chemische nikkellagen

  • Algemene machinebouw
  • Verpakkingsindustrie
  • Matrijzenbouw
  • Voedingsmiddelen industrie

Nikkel als legeringselement in roestvast staal

Voor alle nikkellegeringen geldt fosfor- en zwavel minimaal. Vooral zwavel vermijden omdat nikkelsulfide (NiS) het metaal bros maakt. Bij smelten van nikkel moet het zwavel gebonden worden door weinig mangaan en/of magnesium. Chroomhoudende nikkellegeringen toepassen in een oxiderende omgeving en chroomvrije soort in een reducerende omgeving.

Invloed nikkel op staal

  • Nikkel is een austenietvormer, maakt staal austenitisch tot ver onder nul.
  • Betere bewerkbaarheid en taaiheid en hogere sterkte bij hoge temperatuur.
  • Verbetert de lasbaarheid.
  • Austenietisch staal is niet magnetiseerbaar.
  • Slechtere warmtegeleiding.
  • Hogere elektrische weerstand.
  • Nikkel heeft geen invloed op putcorrosie; in Pitting Resistance Equivalent formule (PREn) ontbreekt nikkel.

Bekende hoog nikkelhoudende legeringen

handelsnaamfabrikant en eigenaar merk
Udimet®Special Metals Corporation; een Amerikaanse groep ondernemingen met 100 jaar ervaring in hoogwaardige legeringen, bekend zijn INCONEL, incoloy, Nimonic, UDIMET en MONEL. Ze zijn wereldleider in productie van legeringen met een superieure combinatie van hittebestendigheid, hoge temperatuur corrosiebestendigheid, hardheid en sterkte en gebruikt in technisch veeleisende industrieën. Ze beschikken over het grootste assortiment van nikkel- en kobaltlegeringen.
René® General Electric Company
René 41®Teledyne Alvac is een wereldleider in de productie van op nikkel, op kobalt en op titaan gebaseerde superlegeringen en speciale staalsoorten voor de lucht- en ruimtevaart, olie & gas en de medische industrie. Kernactiviteiten zijn slijtvaste, corrosiebestendige, hittebestendig en taaie legeringen.
Unitemp®Universal Cyclops Corporation;
Waspaloy®United Technologies Corporation;
Nicrofer® Thyssen Krupp VDM AG]
Nimofer® Thyssen Krupp VDM AG
Nicorros® Thyssen Krupp VDM AG
Hastelloy®Haynes International
Inconel® Inco Families of Companies]
Monel® Inco Families of Companies
Incoloy®Inco Families of Companies
Nimonic® Inco Families of Companies

Nikkelallergie / Bron: Dbnull, Wikimedia Commons (Publiek domein)Nikkelallergie / Bron: Dbnull, Wikimedia Commons (Publiek domein)

Invloed van nikkel op de gezondheid

Lage concentraties nikkel komt voor in lucht, water, voedsel en sigaretten. In kleine hoeveelheden is nikkel onmisbaar in het menselijk lichaam, maar te veel is een gevaar voor de volksgezondheid.
  • Grotere kans op long-, neus- en strottenhoofdkanker.
  • Misselijkheid en duizeligheid na contact met nikkelgas.
  • Stagneren van de ademhaling - astma en chronische bronchitis
  • Nikkeldamp irriteert het ademhalingsstelsel en longontsteking veroorzaken.
  • Allergische reacties; nikkelverbindingen kunnen dermatitis "nikkel jeuk" veroorzaken.
  • Geboorteafwijkingen.
  • Hartstoornis.

Lees verder

© 2013 - 2019 Custor, het auteursrecht (tenzij anders vermeld) van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
Nikkelprijs: de prijs van nikkelNikkelprijs: de prijs van nikkelDe nikkelprijs is de afgelopen jaren voortdurend gestegen. Het beleggen in nikkel kan erg voordelig zijn. Er zijn versch…
Wat te doen bij een nikkel allergie?Wat te doen bij een nikkel allergie?Terwijl velen van ons hebben gehoord van een huisstofmijtallergie, een honden of kattenallergie, een pinda allergie, glu…
Nikkelallergie: Weetjes en tipsHeel wat mensen hebben, misschien wel buiten hun weten om, een nikkelallergie. Dit is op zich niets ernstigs, maar men m…
Beleggen in nikkelBeleggen in goud, zilver en platina zijn bekende voorbeelden van beleggingsvormen. Echter zijn er nog veel meer mogelijk…
Allergisch voor nikkel: wat moet je dan weten?Allergisch voor nikkel: wat moet je dan weten?Veel mensen zijn allergisch voor nikkel. Door gespen, oorbellen, piercings en andere (goedkope) sieraden kan contactecze…
Bronnen en referenties

Reageer op het artikel "Nikkel: Het element"

Plaats een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Ik ga akkoord met de privacyverklaring en ben bekend met de inhoud hiervan
Reacties

Ben Hirsch, 16-05-2016 19:31 #2
Bestond nikkel ook al in de tijd van de Romeinen, althans, werd het toen ook al gedolven en b.v. gebruikt bij het maken van sieraden? Ik heb een voorwerp gevonden, kan helaas geen foto bijvoegen, op een plaats waar een Romeinse villa heeft gestaan. De afbeelding op de ring is het prototype van een Romeinse vrouw tot in de kleinste details, maar het is. m.i. gemaakt van nikkel. Weet iemand antwoord op deze vraag? Reactie infoteur, 28-05-2016
Ben,
Als de ring echt van nikkel is komt het niet uit de tijd van de Romeinen maar op zijn vroegst uit de 18de, maar waarschijnlijk uit de 19 de eeuw. Nikkel is als bruikbaar metaal bekend na 1751, het jaar waarin het voor het eerst is geïsoleerd uit de kopererts. Nikkel was in de Romeinse tijd een ongewenste "verontreiniging" in kopererts. Het werd niet als metaal geïsoleerd en niet gebruikt om voorwerpen van te maken. Het werd in de loop der tijd zelfs vernoemd naar de boosaardige aardgeest Nikkel.
M.Vr.Gr.
Custor

Maarten Loonen, 09-05-2015 15:46 #1
Geachte mevrouw, mijn heer,

Ik heb een vraag over nikkel. Ik weet dat nikkel, afkomstig van meteorieten, gebruikt wordt bij het maken van krissen, het traditionele Indonesische wapen. Bij het maken van het metaal voor het lemmet van krissen, samoeraizwaarden en hoogwaardige keukenmessen worden meestal twee metalen gebruikt die gelamineerd worden. De twee soorten metaal - meestal twee soorten staal - worden op elkaar gesmeed, dubbel gevouwen, uitgesmeed, weer dubbel gevouwen, enzovoort, totdat er metaal ontstaan is dat uit hele dunne laagjes van beide metalen bestaat. Het ene metaal is heel hard, is daardoor heel goed te slijpen en dient dus voor de scherpheid van het eindproduct, maar is meestal nogal bros en wordt daarom afgewisseld met het andere metaal dat elastischer is. Mijn vraag is nu: wordt nikkel in dat soort laminaten gebruikt voor zijn hardheid of voor zijn taaiheid?
Ik bezit twee krissen, waarvan er één ongeveer vierhonderd jaar oud is, heb zelf al een keer een kris gemaakt en maar wil er meer gaan maken en wil ook echt een keer meteorietnikkel gaan gebruiken.

Ik zou heel blij zijn als u antwoord kunt en wil geven op mijn vraag. Bij voorbaat dank. Maarten Reactie infoteur, 27-05-2015
Maarten,
De harheid van de kris is gevolg van het harden van de koolstofstaal lagen, vandaar het hoge koolstofgehalte in die lagen.Het nikkel in de ijzernikkel laag draagt bij aan de taaiheid van het staal, maar bij de kris vooral gebruikt wegens de tekening (pamor) die het veroorzaakt omdat het niet door het etsmiddel wordt aangetast. Het betreft hier geen zuiver nikkel maar nikkelijzer.Ook in de meteoriet is dat het geval. Je wilt meteoriet ijzernikkel toepassen kun je dat dan ergens kopen zonder opgelicht te worden? zie ook het artikel "Het staal van de indonesische kris" bij Infonu, een artikel die ik op het moment van je vraag aan het schrijven was.
M.Vr.Gr
Custor

Infoteur: Custor
Laatste update: 25-02-2017
Rubriek: Wetenschap
Subrubriek: Techniek
Special: Overgangsmetalen
Bronnen en referenties: 10
Reacties: 2
Schrijf mee!