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1751년 스웨덴의 광물학자 A.F.크론스테트가 니콜라이트에서 발견하여, 당시에 ‘악마의 구리(Kupfevnickel)’로 불리던 이 광석의 이름에서 따서 니켈이라 명명하였다.
 존재
클라크수 0.01로, 지각(地殼)에는 구리와 같은 정도의 존재량을 보이지만, 지구의 중심부에는 철과 함께 다량 존재하는 것으로 생각된다. 바닷물 속에 존재하는 양은 5g/ℓ이다. 또, 운철(隕鐵)에도 8% 정도 함유되어 있다. 주요 광물로는 니콜라이트 NiAs를 비롯하여 휘니켈석 NiS, 펜트란다이트 (Ni,Fe)S, 황비니켈석 NiAsS, 클로안다이트 NiAs2, 가니어라이트 H4(Mg,Ni)3Si2O9 등이 있으나, 펜트란다이트와 니콜라이트가 주류를 이룬다. 세계 니켈 총산출량의 40% 이상은 캐나다에서 산출되며, 이 밖에 러시아 연방, 뉴칼레도니아섬, 아프리카의 짐바브웨에서 많이 산출된다. 한국에서는 전북 남원시 산내광산과 경북 성주군 금성광산에서 산출된다.
성질
은백색의 광택을 지닌 금속으로 철과 마찬가지로 단조(鍛造) 및 단접(鍛接)이 가능하고, 또한 전성 ·연성이 풍부하다. 또 연마가공도 가능하다. 강한 자성(磁性)을 지니고 있으나, 철보다는 약하다. 전기전도도는 구리의 14.9%이며, 공기 및 습기에 대해 철보다도 안정하여 잘 산화되지 않으며, 또한 알칼리에도 잘 침식되지 않는다. 묽은 질산에는 쉽게 녹지만, 진한 질산에는 철과 마찬가지로 부동상태로 되어 침식되지 않는다. 염소 및 브롬 등과는 격렬하게 반응한다.
제조법
황화광석인 경우에는 배소(焙燒)하여 황분을 어느 정도 낮추어 용광로나 반사로 등에서 제련한 다음, 전로(轉爐)에서 불어 주어 소위 베세머매트를 만든 다음, 이것으로부터 금속니켈을 얻는다. 제련법으로는 건식법인 올퍼드법과 일산화탄소를 이용하는 몬드법, 그리고 전해정제법 등이 있다. 올퍼드법에서는 망초(芒硝)와 코크스를 첨가하고 가열하여 구리를 분리시키고 나서, 완전히 배소하여 산화물로 만든 다음 환원시킨다. 몬드법에서는 베세머매트를 산화배소한 다음 수성가스를 써서 환원시키고, 이것을 일산화탄소와 60℃에서 반응시켜 니켈카르보닐［Ni(CO)4］로써 휘발시킨 다음, 180℃로 가열 ·분해시켜 금속니켈을 얻는다. 이 때의 순도는 99.8∼99.9%이다. 전해정제법에서는 베세머매트로부터 얻은 환원물 또는 조(粗)니켈을 양극으로 하고, 황산니켈을 전해용액으로 써서 전기분해시킨다. 제품의 순도는 99.9% 정도이다. 이들 방법 외에도, 광석을 암모니아수에 가압침출(加壓浸出)시켜 아민착염［Ni(NH3)6SO4］을 얻은 다음, 이것을 수소를 써서 환원시키는 습식법(濕式法)도 시도되고 있다. 또한, 전해니켈을 융해시킨 다음 탈산시키지 않고 그대로 물 속에 떨어뜨려 알갱이 모양의 니켈로 만든 것을 니켈쇼트라고 한다. 그러나 이들 정제(精製)니켈은 가스를 함유하고 있어 부서지기 쉽기 때문에 그대로 가공할 수 없어, 다시 융해 및 탈산을 시켜 가공한다.
용도
니켈의 가장 큰 용도는 특수강에 첨가하는 것인데, 페로니켈 또는 니켈지금(地金)이 사용된다. 또, 니켈도금(鍍金)은 아름다운 광택과 내식성(耐蝕性)을 지니고 있어, 각종 도금 중에서도 가장 중요한 위치를 차지하고 있다. 전기통신기 재료로서도 널리 쓰이는데, 판(板) 및 선의 형태로 진공관재료로 쓰이고 합금으로서 자성재료 및 전열재료로 사용된다. 비철합금(非鐵合金)으로는 백동 ·양은 ·모넬메탈 ·하스텔로이드 ·인코넬 등이 있는데, 내식 ·내열 ·강도 등에서 각기 특징을 지니고 있어, 기계장치의 구조재료로 사용된다. 이 밖에 각국에서 합금의 형태로 화폐를 만드는 데 쓰이고 있으며, 수소첨가 반응에서 촉매(觸媒)로도 사용된다.
취급품목 : Nickel 200, Nickel 201, Monel 400, Monel K500, Hastelloy B2,Hastelloy C276, Hastelloy C22, Inconel 600, Inconel 601, Inconel 625, Inconel 718, Incoloy 800, Inconel 800H, Incoloy 800HT, Invar 36, Inver 42, Kovar 등
순수니켈 (Pure Nickel)
|
합금명 |
주 성 분
(%) |
밀 도
(g/cm) |
기계적성실(상온) |
특 징 |
|
상 태 |
인장강도
1000Psi
(Mpa) |
항복강도
1000PSI
(Mpa)at
0.2%offset |
경 도
Brinell
(ROCK
WELL) |
|
Nickel 200
|
Ni/99.6
C/0.15 MAX |
8.89 |
Annealed |
55-80
(380-550) |
15-30
(100-210) |
90-120 |
순수 니켈로 니켈이 다량 함유되어 기계적 성질이 우수하고, 부식에 탁월한 저항성을 지닌다. |
|
Nickel 201
|
Ni/99.6
C/0.02 MAX |
8.89 |
Annealed |
55-80
(380-550) |
15-30
(100-210) |
90-120 |
Nickel200과 같은 성질이나 315.6℃(600F)이상의 적용분야에서도 사용될 수 있도록 탄소의 비율이 낮다. |
모넬 (Monel)
|
합금명 |
특성/용도 |
주성분 % |
비중
(Mg/㎥) |
열전도도 |
|
Ni |
Cu |
Cr |
Fe |
Si |
Mo |
Co |
기타 |
70°F
(20℃) |
1500°F
(815℃) |
|
MONEL
400 |
광범위한 부식조건에서 뛰어난 내식성을 갖는 합금으로 높은 인장력과 우수한 용접성 보유/밸브, 펌프, 축, 해양설비, 화스너, 전기전자부품, 화학 및 석유화학 관련설비, 발전소 급수예열설비, 열교환기 |
66.5 |
31.5 |
|
|
|
|
|
|
0.318
(8.80) |
151
(21.8) |
323
(46.6) |
|
MONEL
K500 |
시효 경화성을 보유하여 인장력 및 경도를 상승시킨 MONEL alloy 400의 변형/펌프축, 닥터 블레이드 및 스크랩터, 유정 시추용 칼라 및 기기, 전자부품, 스프링, 밸브스템,볼트너트 |
66.5 |
29.5 |
|
|
|
|
|
Al2.7
Ti0.6 |
0.305
(8.44) |
121
(17.4) |
272
(39.2) |
하스텔로이 (Hastelloy)
|
합금명 |
화학 조성 |
|
Ni |
Co |
Cr |
W |
Fe |
C |
Si |
Mo |
Mn |
P |
S |
AI |
Cu |
Other |
|
HASTELLOY B2 |
BAL |
1.0 |
1.0 |
ㅡ |
2.0 |
0.01 |
0.01 |
28 |
1.0 |
ㅡ |
ㅡ |
ㅡ |
ㅡ |
ㅡ |
|
HASTELLOY C22 |
BAL |
2.5 |
22 |
3.0 |
ㅡ |
0101 |
ㅡ |
13 |
ㅡ |
ㅡ |
ㅡ |
ㅡ |
ㅡ |
ㅡ |
|
HASTELLOY C276 |
BAL |
2.5 |
15 |
4.1 |
5.5 |
0.01 |
ㅡ |
16 |
1.0 |
ㅡ |
ㅡ |
ㅡ |
ㅡ |
ㅡ |
인코넬 (Inconel)
|
합금명 |
주 성분 |
밀도
(g/cm) |
기계적 성질(상온) |
특 징 |
|
상태 |
인장강도
1000Psi
(Mpa) |
항복강도
1000PSI
(Mpa)at
0.2%offset |
경 도
Brinell
(ROCK
WELL) |
|
INCONEL 600 |
Ni/79, Cr/15.5, Fe/8
|
8.42 |
Annealed |
80-100
(550-690) |
30-50
(210-340) |
120-170 |
고니켈,고크롬 합금으로 산화성 및 환원성 분위기,고온에서의 내식성이 우수 |
|
INCONEL 601 |
Ni/60.5, Cr/23
Fe/14, Al/1.4
|
8.06 |
" |
80-115
(550-790) |
30-60
(210-340) |
110-150 |
고온,내산화성이 우수 |
|
INCONEL 625 |
Ni/61, Cr/21.5
Mo/9, Nb+Ta/3.6 |
8.44 |
" |
80-115
(550-790) |
80-115
(550-790) |
180 |
극저온에서 980ºC의 고온까지 높은 강도와 인성, 내산화성 피로강도를 갖는 내식성이 우수한 합금 |
|
INCONEL 718 |
Ni/52.5, Mo/3
Cr/19, Fe/18.5,
Nb+Ta/5.1 |
8.19 |
Aged |
80-115
(550-790) |
80-115
(550-790) |
382 |
-250ºC의 저온에서700ºC의 고온까지 우수한 강도를 나타내는 시효 경화합금으로 시효산태에서의 용접이 가능. 980ºC까지 내산화성이 우수 |
|
INCOLOY 800 |
Ni/32.5, Fe/46,
Cr/21 |
7.95 |
Annealed |
80-115
(550-790) |
80-115
(550-790) |
120-184 |
고온 강도가 우수 |
|
INCOLOY 800HT |
Ni/32.5, C/0.08,
Fe/46, Cr/21
Al+Ta/1.0 |
7.95 |
" |
80-115
(550-790) |
80-115
(550-790) |
100-184 |
고온강도가 우수 |
|
INCOLOY 825 |
Ni/42, Cu/2.2
Fe/30, Cr/21.5,
Mo/3 |
8.14 |
" |
80-115
(550-790) |
80-115
(550-790) |
100-184 |
광범위한 분야에서 내식성이 풍부하고 특히,입계부식,환원성산에 대해서 양호한 성질을 나타냄 |
인바 (Invar)
|
합금명 |
특성/용도 |
주성분 % |
비중
(Mg/㎥) |
열전도도 |
|
Ni |
Cu |
Cr |
Fe |
Si |
Mo |
Co |
기타 |
70°F
(20℃) |
1500°F
(815℃) |
|
ALLOY-36
(INVAR) |
상온에서 열팽창계수가 매우 낮은 합금이다./ 표준길이, 측정기구, 정밀부품, 추 및 온도조절봉 |
36 |
|
|
64 |
|
|
|
|
0.298
(8.25) |
69.3
(10.0) |
-
- |
코바 (Kovar)
|
합금명 |
특성/용도 |
주성분 % |
비중
(Mg/㎥) |
열전도도 |
|
Ni |
Cu |
Cr |
Fe |
Si |
Mo |
Co |
기타 |
70°F
(20℃) |
1500°F
(815℃) |
|
ALLOY-K
(KOVAR) |
열팽창계수가 보론 실리케이트 유리 및 알루미나와 매칭이 되는 합금이다. /유리-금속간 씰링용으로 고에너지 방출관(발브), 트랜지스터 리드, IC 리드프레임, 사진 섬광 밸브 |
29.5 |
|
0.21 |
53 |
|
|
17 |
|
0.295
(8.16) |
116
(16.7) |
-
- |
주요공급사양
|
니켈포일 (Ni foil) |
두께 0.05~0.5mm, 폭 10~300mm, 길이 10~2000mm |
|
니켈판 (Ni sheet / plate) |
두께 0.5~40mm, 폭 10~1000mm, 길이 10~5000mm |
|
니켈와이어 (Ni wire) |
직경 0.05~6mm
|
|
니켈봉 (Ni bar) |
직경 6~200mm, 길이 10~4500mm |
1) 니켈의 성질
가) 물리적 성질
Ni은 은백색이며 인성이 있다. 물리적 성질은 아래 표와 같다.
|
원소기호 |
원자번호 |
원자량 |
표준상태 |
밀도(g/㎤, 25℃) |
융점(25℃) |
비등점(25℃) |
|
Ni |
28 |
58.71 |
고체 |
8.90 |
1453 |
2900 |
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.
|
비중 |
경도(HB) |
인장강도
(kg/㎟) |
신율
(%) |
융점
(℃) |
열전도
(cal(cm℃sec) |
열팽창율
(X 10-6) |
비열
(cal/g℃) |
비전기저항(X 10-6)
(Ω/㎠) |
|
8.90 |
96 |
50 |
40 |
1452 |
0.142 |
12.8 |
0.109 |
11.8 |
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. |
