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（2）固熔体合金，当液态合金凝固时形成固溶体的合金，如金银合金等；

（3）金属互化物合金，各组分相互形成化合物的合金，如铜、锌组成的黄铜（β-黄铜、γ-黄铜和ε-黄铜）等；

常见合金：

不锈钢（铁+铬、镍）、黄铜（铜+锌）、青铜（铜+锡）、白铜、焊锡、硬铝、18K黄金、18K白金，钢（铁+碳或铁+碳及其他金属）、铝合金（铝+镁、铜、锰、硅）、铜合金、锌合金、铅锡合金等

特种合金：

耐蚀合金

金属材料在腐蚀性介质中所具有的抵抗介质侵蚀的能力，称金属的耐蚀性。

纯金属中耐蚀性高的通常具备下述三个条件之一：

①热力学稳定性高的金属。

②易于钝化的金属。

③表面能生成难溶的和保护性能良好的腐蚀产物膜的金属。

工业上根据上述原理，采用合金化方法获得一系列耐蚀合金，一般有相应的三种方法：

①提高金属或合金的热力学稳定性，即向原不耐蚀的金属或合金中加入热力学稳定性高的合金元素，使形成固溶体以及提高合金的电极电势，增强其耐蚀性。

②加入易钝化合金元素，如Cr、Ni、Mo等，可提高基体金属的耐蚀性。

③加入能促使合金表面生成致密的腐蚀产物保护膜的合金元素，是制取耐蚀合金的又一途径。

耐热合金

耐热合金合金又称高温合金，它对于在高温条件下的工业部门和应用技术领域有着重大的意义。

提高钢铁抗氧化性的途径有两条：

①在钢中加入Cr、Si、Al等合金元素，或者在钢的表面进行Cr、Si、Al合金化处理。

它们在氧化性气氛中可很快生成一层致密的氧化膜，并牢固地附在钢的表面，从而有效地阻止氧化的继续进行。

②用各种方法在钢铁表面形成高熔点的氧化物、碳化物、氮化物等耐高温涂层。

提高钢铁高温强度的方法很多，从结构、性质的化学观点看，大致有两种主要方法：

①增加钢中原子间在高温下的结合力。

②加入能形成各种碳化物或金属间化合物的元素，以使钢基体强化。

利用合金方法，除铁基耐热合金外，还可制得镍基、钼基、铌基和钨基耐热合金，它们在高温下具有良好的机械性能和化学稳定性。

其中镍基合金是最优的超耐热金属材料。

钛合金

钛是容易钝化的金属，且在含氧环境中，其钝化膜在受到破坏后还能自行愈合。

因此干腐蚀介质都是稳定的。

钛和钛合金有优异的耐蚀性，只能被氢氟酸浓度的侵蚀。

特别是稳定，将钛或钛合金放取出后，仍光亮如初，远优于不锈钢。

钛的另一重要特性是密度小。

其强度是不锈钢的3.5倍，铝合金的1.3倍，是目前所有工业金属材料中最高的。

液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。

磁性合金

材料在外加磁场中，可表现出三种情况：

①不被磁场所吸引的，叫反磁性材料；

②微弱地被磁场所吸引的，叫顺磁性材料；

③强烈地被磁场吸引的，称铁磁性材料，其磁性随外磁场的加强而急剧增高，并在外磁场移走后，仍能保留磁性。

金属材料中，大多数过渡金属具有顺磁性；

只有Fe、Co、Ni等少数金属是铁磁性的。

钾钠合金

新型合金：

轻质合金

铝锂合金具有高比强度（断裂强度/密度）、高比刚度且相对密度小的特点。

储氢合金

储氢合金是由两种特定金属构成的合金，其中一种可以大量吸氢，形成稳定的氢化物，而另一种金属虽然与氢的亲和力小，但氢很容易在其中移动。

Mg、Ca、Ti、Zr、Y和La等属于第一种金属，Fe、Co、Ni、Cr、Cu和Zn等属于第二种金属。

前者控制储氢量，后者控制释放氢的可逆性。

超耐热合金

镍钴合金能耐1200℃的高温，可用于喷气飞机和燃气轮机的构件。

镍钴铁非磁性耐热合金在1200℃时仍具有高强度、韧性好的特点，可用于航天飞机的部件和原子反应堆的控制棒等。

形状记忆合金

它们具有高弹性、金属橡胶性能、高强度等特点，在较低温度下受力发生塑性变形后，经过加热，又恢复到受热前的形状。

高温合金

一般指在600℃以上承受一定应力条件下工作的合金材料。

它不但有良好的高温抗氧化和抗腐蚀能力，而且有较高的高温强度、蠕变强度和持久性能以及良好的抗疲劳性能。

高温合金材料按制造工艺，可分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金和发散冷却高温合金。

按合金基体元素，可分为铁基、镍基和钴基高温合金，使用最广的是镍基高温合金，其高温持久强度最高，钴基高温合金次之，铁基高温合金最低。

按强化方式，可分为固溶强化高温合金、时效强化高温合金和氧化物弥散强化高温合金。

按主要用途又可分为板材合金、棒材合金和盘材合金。

根据“高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号（GB/T14992-2005）“我过高温合金已成形方式、主要强化类型和基体元素为命名原则。

前缀：

GH：

变形高温合金；

K：

普通铸造高温合金；

DZ：

定向凝固柱晶高温合金；

DD：

单晶高温合金；

HGH：

焊接高温合金丝；

MGH：

弥散强化高温合金；

FGH：

粉末高温合金。

镍基变形高温合金

以镍为主要集体成分的变形高温合金。

镍基变形高温合金以“GH”加序号表示，如GH36、GH49、Gh141等。

它可采用常规的锻、轧和挤压等冷、热变形手段加工成材。

用途：

镍基变形高温合金广泛地用于制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机的热端部件，如工作叶片，导向叶片、涡轮盘和燃烧室等。

镍基铸造高温合金

以镍为主要成分的铸造高温合金，以“K”加序号表示，如K1、K2等。

随着使用温度和强度的提高，高温合金的合金化程度越来越高，热加工成形越来越困难，必须采用铸造工艺进行生产。

镍和镍合金的分类

镍合金可分为一元、二元、三元和其他特殊功能的合金。

镍合金的分类

①镍基高温合金。

主要合金元素有铬、钨、钼、钴、铝、钛、硼、锆等。

其中铬起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素起强化作用。

在650～1000℃高温下有较高的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀能力，是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。

该方面人才较稀缺主要集中在钢铁英才网。

用于制造航空发动机叶片和火箭发动机、核反应堆、能源转换设备上的高温零部件。

②镍基耐蚀合金。

主要合金元素是铜、铬、钼。

具有良好的综合性能，可耐各种酸腐蚀和应力腐蚀。

最早应用的是镍铜合金，又称蒙乃尔合金；

此外还有镍铬合金、镍钼合金、镍铬钼合金等。

用于制造各种耐腐蚀零部件。

③镍基耐磨合金。

主要合金元素是铬、钼、钨，还含有少量的铌、钽和铟。

除具有耐磨性能外，其抗氧化、耐腐蚀、焊接性能也好。

可制造耐磨零部件，也可作为包覆材料，通过堆焊和喷涂工艺将其包覆在其他基体材料表面。

④镍基精密合金。

包括镍基软磁合金、镍基精密电阻合金和镍基电热合金等。

最常用的软磁合金是含镍80%左右的玻莫合金，其最大磁导率和起始磁导率高，矫顽力低，是电子工业中重要的铁芯材料。

镍基精密电阻合金的主要合金元素是铬、铝、铜，这种合金具有较高的电阻率、较低的电阻率温度系数和良好的耐蚀性，用于制作电阻器。

镍基电热合金是含铬20%的镍合金，具有良好的抗氧化、抗腐蚀性能，可在1000～1100℃温度下长期使用。

⑤镍基形状记忆合金。

含钛50（at）%的镍合金。

其回复温度是70℃，形状记忆效果好。

少量改变镍钛成分比例，可使回复温度在30～100℃范围内变化。

多用于制造航天器上使用的自动张开结构件、宇航工业用的自激励紧固件、生物医学上使用的人造心脏马达等。

镍合金用途及性能

1、纯镍：

熔点高（1455度），力学性能和冷、热压力加工性能好，耐腐蚀性优良，是耐热浓碱溶液腐蚀的最好材料，耐中性和微酸性溶液以及有机溶剂，在大气、淡水和海水中化学性稳定，但不耐氧化性酸和高温含硫气体的腐蚀。

一般用于机械、化工设备的耐腐蚀构建，精密仪器结构件，电子管和无线电设备零件，医疗器械及食品工业餐具器皿等。

2、阳极镍：

电解镍，质地纯净，且有去钝化作用。

一般用于电镀镍槽中作阳极用，在电镀中，溶解均匀，产生阳极泥少，镀层光洁、分布均匀，与基体结合牢固。

3、镍锰合金：

有较高的室温和高温强度，耐热、耐腐蚀性好，加工性能优良。

在温度较高的含硫气氛中耐蚀性比纯镍高，热稳定性和电阻率也比纯镍高。

一般用作内燃机火花塞电极，电阻灯灯泡丝，电子管的栅极。

4、镍铜合金：

有两类

①一类耐腐蚀性高，无磁性。

一般用作抗磁性零件。

②一类也称蒙乃尔合金，其腐蚀性与镍、铜相似，但对氢氟酸的耐蚀性非常好，合金强度比纯镍高，具有良好的加工工艺性能，耐高温性好，能在750度以下大气中稳定使用，在500度以下保持足够的强度。

一般用作高强度，高腐蚀零件，高压充油电缆，供油槽、加热设备和医疗器械零件。

5、电子用镍合金：

该类镍合金分两大类。

①镍镁合金及镍硅合金，具有高的电真空性能，耐腐蚀性好。

一般用作电子管氧化物阴极芯，但在工作过程中，氧化物层与芯金属接触面上往往产生一层高电阻的化合物，因而降低阴极的发射能力，缩短电子管寿命，所以此类镍合金主要用作低寿命的一般性无线电真空管氧化物阴极芯。

②镍钨合金，有好的高温强度和耐震强度，还有优良的电子发射性能，由于此类合金在工作温度下，氧化层有高的稳定性。

一般主要用于制造要求长寿命、高性能的无线电真空管氧化物阴极芯及其他零件。

6、热电合金：

此类镍合金也分两大类。

①镍硅合金（与第5类镍硅合金成分不同），此类合金在600~1250度范围内有足够大的热电势与热电势率，抗蚀性好。

一般用作制造热电偶负极材料。

②镍铬合金，在0~1200度范围内有足够大的热电势和热电势率，测温比较灵敏、准确，却互换性强，便于更换使用，辐照效应小，电热比较稳定，制造简易，成本低，测温范围宽，抗氧化性强，此外，电阻率高，电阻温度系数小，耐腐蚀好。

一般用作热电偶正极和高电阻仪器，镍铬合金是目前最典型、最基本的热电偶材料之一。

电解镍生产工艺

镍主要以合金元素的方式用于生产不锈钢、高温合金钢、高性能特种合金和镍基喷镀材料；

镍钴合金是重要的磁性材料，镍基合金用于制造喷气机涡轮、发电涡轮机、轧钢机的轧辊；

镍盐和镍的深加工产品广泛用于石油催化剂、充电电池等。

上述产品与市场需求、生产原料、生产的工艺和技术紧密联系。

随着市场需求的变化，生产原料的改变以及工艺技术的进步，这些产品所占的比例会发生较大的变化。

预计在未来5年内随氧化镍处理量的扩大，镍块、镍粉、镍丸、烧结氧化镍、镍铁合金等产品的比例会发生较大的变化。

一、电解镍

电解镍产品具有纯度高、杂质含量低、熔点高、抗腐蚀性强，在冷、热状态下，压力加工等机械性能良好，同时还具有特殊物理性能：

磁性、磁伸、缩性、高的电真空性能等特点，因而在工业上得到广泛应用。

电解镍的生产原料目前主要来自陆地的硫化镍矿和氧化镍矿。

根据原料的不同，电解工艺也不尽相同。

针对硫化镍矿，主要有硫酸选择性浸出-黑镍除钴-电解沉积法，磨浮-硫化镍电解精炼法，这是我国镍冶金目前采用的最典型的两种工艺流程，如图1所示。

其他还有氯化浸出-电解沉积法等。

图1：

我国电解镍采用的两种典型工艺流程

二、羰基镍

羰基镍工业化生产出现在20世纪初，经过100多年的发展，无论是产业化还是产品开发都已非常完善，羰基镍及其衍生的镍金属产品具有品种多、纯度高、成本低、用途极为广泛等优点，是许多高新技术必备的基础原材料。

发展羰基镍技术并开发羰基镍系列产品，会给企业带来显著的经济效益和发展的后劲，进一步增强了市场竞争力。

目前世界上羰基法生产的镍约占镍总产量的五分之一，而我国与世界产量相比相差太远。

目前在国外，羰基镍粉生产主要有国际镍公司及俄罗斯北方镍公司，而俄罗斯生产的镍粉主要供其国内消费。

在国内市场，因近年能源、信息增长迅速．羰基镍粉的消费需求也增长较快，尤其在电池行业，应用前景令人鼓舞。

羰基法经过上百年的发展，现已形成以常压、中压、高压生产的三种工艺，其主要区别在于合成压力上的差异，而羰基镍热解后所得的产品结构基本相似，包括镍丸、镍铁丸、纯镍粉、镍包覆粉及镍铁合金粉、镍纤维、镍箔、镍铁箔等上千种产品，还有近年来为能源和通讯行业开发的海绵镍和球镍。

高压羰基镍生产工艺主要包括下列工序：

备料、合成、精馏、分解。

其原则工艺流程如图2所示。

备料，原料在电炉或其它炉内熔化、配硫及水淬，将其制成一定粒径的粒子。

适用于羰基法处理的含镍物料，按化学成分划分，可分为镍、铜镍、铁镍与铁铜镍等四种物料。

物料来源也十分广泛，有处理硫化镍矿或氧化镍矿不同阶段的产品，也有二次物料。

合成，一氧化碳气体和原料颗粒在一定温度和压力的条件下，镍及部分铁在合成釜内反应生成挥发性的Ni（CO）一和Fe（CO）5气体，然后将气体冷凝成液态的粗羰基镍。

原料中的铜、钴及贵金属则几乎全部留在羰化残渣中，进一步处理即可回收其中的有价金属。

精馏，粗羰基镍在精馏塔内利用两种羰基物的沸点差异，将Ni（CO）和Fe（CO），进行分离提纯，得到纯净的液态羰基镍和羰基镍与羰基铁的混合物。

分解，液态纯羰基镍经蒸发器加热蒸发后，通入到不同的分解器中就可产出不同的镍产品：

镍粉、镍丸、镍箔等；

CO循环使用。

为了补偿生产过程中损失的CO，还有一氧化碳制造工序和氧气站，用氧气在煤气炉内与焦炭反应生成一氧化碳。

图2.高压合成羰基镍的原则工艺流程

三、镍铁

近年来不锈钢的旺盛需求刺激了对金属镍的需求,导致镍价持续高涨。

在高镍价的推动下,国内外厂家纷纷上马镍铁项目,使镍铁在全球镍产量中所占的比重越来越大。

目前镍铁的火法生产工艺主要有以下三类。

（1）传统的RKEF流程

RKEF流程是目前红土镍矿冶炼厂普遍采用的一种火法冶炼工艺流程,其工序

为:

干燥、焙烧-预还原、电炉熔炼、精炼等。

①干燥。

采用回转干燥窑,主要脱出矿石中的部分自由水和结晶水。

②焙烧-预还原。

预热矿石,选择性还原部分镍和铁。

③电炉熔炼。

还原金属镍和部分铁,将渣和镍铁分开,生产粗镍铁。

④精炼。

一般采用钢包精炼,脱出粗镍铁中的杂质,如硫、磷等。

（2）回转窑直接还原法

（2）该方法是世界上唯一采用回转窑直接还原熔炼氧化镍的方法,主要分为以下几个工序:

①物料预处理:

磨矿、混合与制团;

②冶炼工艺:

回转窑焙烧、金属氧化物还原与还原金属的聚集;

③分离处理:

回转窑产出的熟料采用重选与磁选,分离出镍铁合金。

（3）高炉冶炼工艺

2005年底开始利用高炉冶炼镍红土矿。

目前,300m3的高炉已应用于镍铁合金的生产,可以得到含镍5%左右的镍铁,这类镍铁稍加精炼即可满足不同类型钢材。

该工艺主要分为以下几个工序：

①将原矿破碎筛分，其中粒径10～60mm的原矿块为高炉冶炼原料,小于10mm的矿粉与焦粉、生石灰、石灰石混合配料进行烧结,得烧结矿块。

②将烧结矿块破碎筛分，粒径10～50mm的烧结矿块为高炉冶炼原料,粒径小于10mm的矿粉重新烧结。

③将烧结矿块、原矿块、焦炭、石灰石、生石灰、白云石和萤石混配进行高炉冶炼得到镍铁。

镍的主要用途就是用于不锈钢的生产,作为主要镍产品之一的镍铁,全部用于不锈钢及其他合金的生产。

镍在不锈钢厂生产成本中所占比例达47%,而且由于镍价持续大幅上扬,一些不锈钢工厂正在更多使用镍铁生产不锈钢而不是精炼镍。

四、镍盐

迄今为止，能大规模工业生产并得到广泛应用的镍的盐类主要是硫酸镍和氯化镍。

它们主要用于镀镍行业，同时它们也是生产其他镍盐和镍产品的主要原料，例如可用于生产氟化镍、氨基磺酸镍、硝酸镍、氧化镍、氧化亚镍等，上述产品在金属着色、精密电镀、触媒制造、高级合金的生产等方面也得到了重要应用。

以高品质硫酸镍生产的氢氧化亚镍是制造绿色能源-镍氢电池的重要原料，而电子、信息及相关高科技产业的发展也大大地促进了电池行业的发展与进步。

（1）硫酸镍

因含镍原料的不同，硫酸镍的生产方法也不尽相同。

主要方法如下：

1采用电镍熔化-水淬或羰基镍粉经硫酸溶解，得到高纯镍液蒸发结晶得硫酸镍。

2采用低铜高镍锍或高锍磨浮镍精矿及废镍合金为原料，用加压浸出-净化除杂质的方法生产硫酸镍。

3以电铜生产过程中产生的粗硫酸镍或镍电解生产过程中的废碳酸镍等为原料，经硫酸溶解、净化、除杂过程，生产硫酸镍。

4以转炉水淬高镍锍为原料，采用硫酸常压-加压选择性氧化浸出生产硫酸镍。

该方法具有消耗少，成本低，无污染，产品质量高等优点。

其原则工艺流程如图3。

图3.以高镍锍为原料生产硫酸镍的工艺流程

（2）氯化镍

氯化镍的生产工艺主要有盐酸溶解法和氯浸-萃取法两种。

盐酸溶解法生产氯化镍的工艺与硫酸溶解法生产硫酸镍的工艺相似，先将镍盐溶液中的镍转化成硫酸镍沉淀，热水洗涤以排除钠盐，然后将碳酸镍沉淀用盐酸溶解，并经净化除杂、蒸发、结晶等工序，最终产出结晶氯化镍产品。

生产工艺流程如图4所示。

图4.盐酸法生产氯化镍工艺流程

氯浸-萃取法是将含镍原料以氯气浸出后，采用阴离子萃取剂进行萃取除杂，然后蒸发结晶生产氯化镍。

其工艺流程见图5。

图5.氯浸-萃取法制取氯化镍工艺流程

五、氧化镍

烧结氧化镍原料为镍红土矿，基本工艺流程为:

将90%粒度小于74m的矿石放在多膛炉内进行还原焙烧。

红土矿中的镍和钴基本上呈铁酸盐形式存在,经还原焙烧后,镍、钴转变为金属或合金。

焙砂用氨-碳酸铵混合溶液浸出,经浓密机处理,溢流为富液,净化、蒸氨后产出碳酸镍浆料,经回转窑干燥和煅烧后,得到氧化镍产品,并用磁选法从浸出渣中选出铁精矿。

为此,还原焙烧时既要使与铁结合的镍和钴充分还原,又要防止铁过分还原。

总的来看，世界镍的消费量呈上升趋势，增幅达4.55%，其中不锈钢行业对镍需求增长明显，近年约占镍消费量的60-65%。

中国镍产品比较单一，今后应开发镍的盐类、镍箔、镍材、镍纤维、镍粉、泡沫镍、镍浆料、球状活性氢氧化亚镍、氧化亚镍、锂酸镍等产品，以满足国内不少行业的需求，同时提高镍行业经济效益。