《镍杂志》第39卷，2024年，第3期

镍杂志 关于 镍及其应用的专业 杂志 《镍杂志》第 39 卷，2024 年，第 3 期

战略性镍 红土镍矿 高压浸出

战略性和关键性原材料

驱动未来 镍基电池的发展

案例研究 32 汉普顿道路桥隧工程

弗吉尼亚运输部

这是美国弗吉尼亚州历史上最大的交通基础设施项目。目前，汉普顿 道路桥隧（HRBT）设施正在进行扩建，费用高达 39 亿美元（USD） 。含镍不锈钢在这一复杂且具有变革性的工程中，无论是在水下还是 地面，都发挥着关键性作用。汉普顿道路桥隧设施由桥梁、高架、人 工岛屿和隧道组成，全长 3.5 英里（5.6千米）。 汉普顿道路桥隧工程在 1957 年

为了 确 保 长 久 耐 用 和 减 少 维 护 频 率，关键部位将使用18000吨（16329 公 吨 ）2 3 0 4 型 双 相 合 金（ U N S S 3 2 3 0 4）不 锈 钢 钢 筋 进 行 混 凝 土 加 固 。2 3 0 4 型 合 金 是 一 种 具 有 成 本 效 益 的 材 料，兼 具优 异 的 强 度 和 延 展 性 ，以 及 良 好 的 耐 海 洋 环 境 腐 蚀性 能 。汉普 顿 道 路 桥 隧 工 程 将 使 用超 过 70 0 吨（6 3 5 公 吨 ）的 镍 。

这几家公司组成的合资企业承建

其第一条隧道采用沉管法施工时， 的，HDR 和 Mott MacDonald这 两家公司为主要设计单位 。项目 就已经成为一个技术奇迹。 此次扩建工程包括新建双向隧道

并新增四个车道，总车道数为八个，

以增加通行能力，缓解交通拥堵。

选择如不锈钢这类高耐久性材料，

是为了确保建筑物具有 100 年的

设计寿命。

于 2014 年开始规划，规划内容包 括道路拓宽、27 处桥梁的更换和

拓宽、岩土地况以及环境合规性。

2023年，盾构机（TBM）开始钻掘一 条直径 46 英尺（14米）的新隧道，比

现有的 7500 英尺（2.3 千米）长的沉

管钢隧道深约 50 英尺（15.2 米）。这

该设计-建设项目是由 Dragados

台重达4700吨（4264公吨）的盾构机，

Vinci Construction 和

条隧道的掘进，这标志着本项目的一

USA、Flatiron Constructors、 被昵称为“玛丽”，于今年完成了首 D o d i n C a mp eron B er na rd 个重大里程碑。

2024年， 第3期 22 || 《镍杂志》 《镍杂志》第39卷， 第39卷， 2024年， 第3期

编者按 未来的战略性金属 HARITA NICKEL（NCKL）公司的高压酸浸（HPAL）冶炼厂

世界正为应对气候变化而努力实现脱碳目标，镍已成为向可持续经济过

渡的关键要素。随着各国逐渐摆脱化石燃料，镍，这一作为几乎所有可再

生能源类型中都扮演着重要角色的关键性元素，正被各国政府视为其

能源和经济战略中的重要组成部分。这一认知不仅仅是暂时的，它反映了

更广泛的地缘政治和经济变化，使得镍成为21世纪的战略资源。无论世

界上哪个国家，都需要镍。本期《镍杂志》分析了镍在战略性和关键性原 材料讨论中的地位。

战略性（Strategic）：形容词 含义：为实现特定目标或获得优势 而制定的计划的一部分 有什么比高效的交通系统更具战略意义呢？高效的交通系统能够减少拥

堵，并快速地将人员和货物从A点运送到B点。亦或是，在努力减少排放

的过程中，鼓励人们选用高效的电动汽车？其中，镍，也发挥着战略作用。

作为美国关键的交通动脉，汉普顿道路桥隧工程将使用超过700吨（635

Harita Nickel（NCKL）公司的高 压酸浸（HPAL）冶炼厂

使 用红 土矿的新一代高压酸 浸 （HPAL）冶炼厂，其所提供的镍不 仅 对于交 通 系统的快 速电气化 至 关重要，还能满足可再生能源生产 对不锈钢日益增长的需求（详见第 6页）。

公吨）的镍，将其应用于不锈钢钢筋，以确保该设施可以在未来几十年内

持续服役。在为未来的电动汽车提供动力的电池中，镍同样至关重要。有

关镍的最新发展信息，请见第10页。

因此，当各行各业、政府和国家继续为可持续的未来制定战略时，有一件

事是肯定的：镍是一种关键的战略性资源，它比以往任何时候都更加重要。 就像我们本期封底所展示的那样——泰国素万那普机场里宏伟的大象雕

塑。

Clare Richardson

《镍杂志》主编

《镍杂志》第39卷，2024年，第3期 | 3

案例研究32

汉普顿道路桥隧工程

03

编者按 战略性镍

04

镍的杰出应用

06

镍的加工处理 高压酸浸

08

战略性和关键性

镍要闻

要闻

02

目录

镍的地位如何？

10

驱动未来 镍基电池的发展

12

镍在高温下的 卓越表现

13

镍合金 高熵合金

14

技术问答

15

为什么是镍？

15

UNS 详细资料

16

泰国素万那普机场 大厅里的大象雕塑

《镍杂志》由国际镍协会出版 www.nickelinstitute.org 总裁：Hudson Bates博士 编辑：Clare Richardson communications@nickelinstitute.org 撰稿人：Parvin Adeli、Gary Coates、Richard Matheson、 Mark Mistry、Geir Moe、Kim Oakes、Pablo Rodríguez Domínguez、Frank Smith、Lyle Trytten、Odette Ziezold 设计：Constructive Communications公司 期刊内容仅供读者参考，未征求专家意见，不得用于特定 应用或以此为依据。虽然期刊中的信息在技术上是正确的， 但国际镍协会及其成员、工作人员和顾问不承诺，也不保 证它们适用于任何一般或特定用途，对期刊中的不承担任 何责任和义务。 ISSN 0829-8351 Hayes 印刷集团用再生纸在加拿大印刷 图片库来源： 封面： iStock©Henrik5000，第4页 iStock©borzaya， 第5页 iStock©Hispanolistic，iStock©Zocha_K， 第6页 iStock©MonaMakela，第8页 iStock©onurdongel， 第10页 iStock©Tramino

4 | 《镍杂志》第39卷，2024年，第3期

更快的药物开发

俄亥俄州立大学的研究人员开发了一种新的镍配合物，可以使制药行业

更快地开发有效的药物。通过简化烷基键的形成，这一新“工具”将促进

此前不可能实现的有机化学过程。研究的主要负责人 Christo Sevov 表 示： “通过将有机合成、金属化学工程和电池科学以一种前所未有的

方式结合，我们能够释放出其惊人特性。”通过单一化学反应合成新分

子，研究人员将能够在通常仅能制作1个药物的时间跨度内，创造出多 达 96 种新的药物。最终，这将降低药物的开发成本，加速上市时间，同时

还可提高药物疗效并减少副作用风险。该研究已发表在《自然》杂志上。

增强的矫形强度 来自中国长春市吉林大学的研究人

员开发了一种具有更好拉伸强度的

新型 SLM-NiTi（选择性激光熔化-

下一代单晶高 温合金

当美国能源部希望提高用于工业

镍钛）合金。结果如何？可提供更具

燃气轮机（IGT）中的单晶高温合

个性化的定制矫形植入物，从而减少

金的铸造产量时，来自伊利诺伊州

（NiTi）合金由于其独特的性能，广

受了这一挑战。由于镍基高温合金

了频 繁 和 昂 贵 的 修 复 需 求 。镍 钛

的 QuesTek Innovations 公司接

泛应用于医疗行业。由郝先生等人

具有出色的抗蠕变性，因此这种材

组成的团队通过“选择性激光熔化”

料被广泛应用于燃气轮机的热气

（SLM）技术制备了这种新型镍钛合

通道部件。为了达到最大机械性能，

金。他们发现： “通过改变激光扫描

这些材料必须以单晶形式铸造。在

长度和扫描方向，可以消除材料中 单 向 柱 状 晶 体 的 生 成 ，从 而 将

SLM-NiTi的拉伸应变提高15.6%。”这对医生和患者来说，又迈出了

一大步。

该行业中，通常使用传统铸造式或

者定向凝固的叶片。作为集成计算 材料工程技术的领导者，QuesTek

公司成 功开发了一种 新型可铸 造

更环保的水泥

单晶镍基高温合金，含有 1% 的铼

在与印度尼西亚玛琅国立大学（UNM）的合作下，Suvo Strategic

Minerals 公司成功地将镍渣转化为高强度、低成本、低碳的水泥。 实现水泥行业的脱碳是一个重要的任务，因为水泥行业是全球最大 的温室气体排放源之一，况且水泥需求还在持续增长。

Suvo 公司旗下子公司

Climate Tech Cement Pty 与

（比下一代高性能燃气轮机叶片合 金的铼含量低）。这种新合金展示

了高铸造产率和良好的特定应用性

能，将效率提升到了新的水平。这

也是一种更具成本效益的解决方 案。任务完成。

镍渣生产商华迪工班塔恩业园 SIGMA FASTENERS, INTEGRAN TECHNOLOGIES © 2023

区合作，旨在生产一种环保的

地聚水泥，作为传统镍渣基水

泥的替代品。Suvo 公司的执

行主席 Aaron Banks 解释道：

“在仅仅七天内，这个材料就达

到 37.5 MPa（5.4 ksi）的强度， 这一首次试验结果是非常卓越

的。”他补充道： “减少水泥行

业的排放就像电动汽车替代内

燃机（发动机）汽车一样重要。” 《镍杂志》第39卷，2024年，第3期 | 5

镍工业第3部分 红土镍矿高压酸浸工艺 在本系列的第3部分，我们将探讨高 压酸浸（HPAL）工艺，人们正在扩 大这种技 术的产能，以供应电池市 场所需的中间体镍材料，如氢氧化 镍钴和硫化物镍钴，这些材料可用于 生产电池用纯镍硫酸盐。

高压酸浸工艺的起源可以追溯到近 70 年前，但随着镍基电池需求的增长， 这项技术正变得越来越广泛应用。

高压酸浸的概念相对简单：加入硫

中和过量的酸

酸并提高温度，以溶解整 个矿石。 在回收金属之前，通过加入磨细的

中和多余的酸，去除不需要的金属， 石灰石来中和过量的酸，形成石膏 并回收所需的金属。

残渣。混合残渣通常使用逆流分溶

浸出过程

法（CCD）进行洗涤，并作为尾矿

下进行，矿石中的大部分铁和铝会留

浓缩浆液沉积在靠近处理 厂的工

进行沉积。标准做法是将尾矿作为

浸出过程在约 250 °C 的高温和高压

在浸出残渣中，而贵金属则会被溶解

程尾矿管理设施中，并回收由沉降

有强酸性的过程，化学反应极为剧烈，

回收金属

在溶液中。浸出工艺是一个高温且具 需要使用像钛碳钢爆炸复合钢板的

那种复杂材料（如昂贵钛金属）在外

表覆盖薄薄一层钛用于防腐蚀，而厚 厚一层的碳钢则用于提供强度。湿

化的红土镍矿与水混合并筛除粗颗

粒，然后进行浓缩，成为一种粘稠

但仍可泵送的液体浆料。该浆料随 后会被加热到一定的反应温度（超

固体释放的液体。

一旦酸被中和，溶液中主要含有镍 和钴，少量的锌和铜，较多的铁、铝

和锰，以及浓度较高的镁。铜和锌

的经济重要性相对较小（通常占总

价值的不到 2 %），因此可能被去除

并作为废料或副产品处理。镍和钴

则可以通过若干种方式进行回收。

过 90 % 的加热能量用于加热浆液中 史上首个高压酸浸工厂在 1950 年 的水，而非固体物质）。为了降低加

代末建于古巴的莫阿湾。这座工厂

生成闪蒸蒸汽，并在生产流程中重

化氢来沉淀混合硫化物中间体，以

热成本， 下料浆液逐步降至环境压力， 和随后的几座工厂都选择使用硫 新利用这些蒸汽作为预热源。

6 | 《镍杂志》第39卷，2024年，第3期

便精炼成1类镍。混合硫化物沉淀

高压酸浸工艺 硫酸 蒸汽 湿矿石 （褐铁矿）

≈ 250 °C

石灰石 镁矿/苛性钠或硫化氢

石灰石

高压酸浸 中和

残渣分离

金属去除

混合氢氧 化物沉淀 或混合硫 化物沈淀

金属去除

蒸汽回收 尾矿

具有相当高的纯度、密度大并且沉

降性好，非常适合运输，因为它含

有大约 50~55 % 的镍和钴，并作为 潮湿粉末进行生产。混合氢氧化物

沉淀（MHP）在过去 10 年中变得

非常流行，使用苛性钠或氢氧化镁

来沉淀较低品位的中间体（含有大 约40%的镍和钴），但水分含量要

高得多（约占 50 % 的重量），这意 味着所生产的产品中镍和钴的重

量仅为 20 % 左右。 工业废水的处理

在贵金属（镍和钴）经过了回收流

逆流分溶法（CCD） 是一种洗涤工艺，其中，人们将一系 高压酸浸设施 通常在启动时会遇 列浓缩器用于将含有贵金属的溶液 到显著问题，这些问题一般与极其 从残渣中分离出来。在每个阶段，来 自上一阶段的浆液与下一阶段的洗涤 苛刻的工况有关，这些工况要求使 液混合，然后再进行浓缩并传送到下 用分层材料建造，如钛材质衬里的 一阶段。在最后一个阶段中，使用水 高压酸浸高压釜和其他橡胶或砖 或其他贫液进行洗涤，贫液在流程中 向上流动，而固体则会向下沉降。此 衬的容器，并且需要多次连续的处 过程将每个阶段贵金属的浓度减少了 理步骤均以类似的速率运行。现在， 约 50 %，因此，当完成 6v或 7 个洗涤 阶段时，超过 97 % 的贵金属已被成 印度尼西亚正在建设 新一代高压 功回收。

新一代的高压酸浸工艺

酸浸设施，看起来，通过建造多个

类似设施过程中所积累的经验，确

保了这些设施从投入使用的第一天 起就能持续顺利运行。

程后，剩下的工业废水溶液中则会 与“回转窑电 炉”（R K EF）相比，

含有大量的镁和一些锰（以硫酸盐

高压酸浸的环境问题非常不同：高

采用“部分回收”的工艺，但这会

放相对较低，特别是在现场生产硫

形式存在）。为了节约水资源，需要

还需要进行排放操作，以消除工艺

大量的处理残渣，需要进行永久性

区，该溶液可以通过蒸发流程（在

些方法把风险最小化，但要真正消

蒸发池中进行结晶）析出金属硫酸

逆流分溶法洗涤工艺 已中和的浸出浆液 （35%的固体含量）

压酸浸工艺中产生的温 室气体排

使得排放物中镁的含量增高。最终， 酸时。然而，这一工艺确实会产生 流程中所产出的镁。在干旱气候地

工业废水

产品溶液

浓缩器 1

的拦蓄。拦蓄这一步骤可以通过一

浓缩器 2

除高压酸浸工艺中析出的残渣的影

盐。而工厂若是在热带气候的地区， 响，实际上只能通过循环处理的方

工业废水将会被排放至海洋。在排

法，即将这些残渣再处理成其他材

（Mn）、镍（Ni）和钴（Co）等这类

验证了这一处理方法的有效性，但

放之前，应将废水中像铬（Cr）、锰

受法 规管控的金 属去除至可接受 水平。

料，如铁矿石或骨料。虽然人们已

由于涉及复杂的化学构成，实施起 来仍然困难重重。

洗涤水

浓缩器 3

尾矿浆液 （45%的 固体含量）

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战略性和关键性原材料 镍的地位如何？ 从汽车制造和机械工程到电子产品，原材料构成了几乎所有关键工业价 值链的支柱，这些价值链对于经济、工业和市民社会至关重要。

然而，人们往往在短缺情况发生之 料的“关键性评估”，旨在预见供

某 些 原材 料 被 列 为“关 键 性 ”或 “战略性”原材料，因为它们对关键 行业、经济稳定、国家安全和技术 创新至关重要。如果没有可靠的获 取渠道，国防、能源、电信和电子等 行业可能会面临重大中断。镍就是 其中一种正在受到全球各国政府关 注的原材料。

前无法注意到这些原材料的重要性， 应风险并保障重要原材料的持续

而短缺情况可能由多种原因引起。 流通。如今，全球已有超过25个国

如供需失衡、地缘政治因素、回收 家进行此类评估，识别对各自经济

利用不足等，都是可能导致短缺的

和工业至关重要的原材料，并采取

在过去几十年里，铁矿石、焦煤、稀

确定原材料的关键性

原因。

土元素、菱镁矿和硅的短缺已经扰

措施减少供应风险。

那么，如何确定原材料的关键性呢？

乱了工业价值链，并对整个经济产 确定原材料是否具备“关键性”的 生了影响。 标准，在不同的司法管辖区略有不

为应对这一问题，2000 年代初期， 同，但基本原则大体一致。大多数

美国和欧盟等多个地区启动了原材 评估基于两个关键因素：供应风险

8 | 《镍杂志》第39卷，2024年，第3期

和经济重要性。当一种原材料在重 了其当前的经济重要性，也表明了

要的工业价值链中发挥着重要作 其在未来可能发挥的核心作用。

用，但供应可能受到中断时，它就会

被认为是关键性原材料。这些供应 风险通常源自产能集中在少数国家 或公司、贸易关系的不稳定、回收

基础设施不足，或是缺乏可行的替

代品。

关键性与战略性的区别

在这一背景下，另一个术语逐渐引 起关注——“战略性”原材料。在欧

盟， “战略性”用于描述那些重要但

目前没有供应风险的原材料，因此

不被视为“关键性”原材料。

而镍在许多国家和地区被 广泛认

为是“关键性”原材料，美国、加拿 大、中国和日本是其中最为突出的 例子。但为什么呢？镍的关键性地

关键性或战略性地位的影响

那么，镍产业是否能从其产品被视

为“关键性”或“战略性”原材料中 受益呢？对镍需求的日益增长，促

使各国采取一系列措施，确保供应

安全。各国政府开始完善颁发许可 的流程，鼓励国内生产，投资回收

技术，并通过外交手段确保能够进

入镍资源丰富的地区。对于镍产业

而言，这些政策行动可以转化为对 采矿、加工和回收项目的支持，以及

更多研发资金。

关键性与战略性的联系

作为一种具有特殊性能的金属（例 如抗腐蚀性和高温强度），镍在现

位源于其在能源和数字化转型中 代社会中发挥着不可替代的作用。 的关键作用，特别是镍在电动汽车 它在从基础设施到尖端技 术等各

（EV）的电池和低碳发电技术中是 个领域的应用，强化了其在全球经 重要的组成部分。随着这些技术需

济中的核心地位。因此，镍不仅是

求的增长，镍的重要性也在不断提

关键性原材料，也是战略性原材料，

也是“关键性”原材料。这不仅反映

在还是未来。

升。在欧盟，镍被视为既是“战略性” 发挥着至关重要的作用，无论是现

关键性材料评估（CMA) 关键性

战略性

《镍杂志》第39卷，2024年，第3期 | 9

驱动未来： 镍基电池的发展

在最近几个月宣布的电动汽车和动 力电池应用的众多进展中，镍扮演 了重要的角色。

随着电动汽车的快速增长，人们的焦点正集中在提高电池的性能、安全

性和成本效益上。而镍，作为许多电动汽车电池化学组成中的关键材料， 是这一创新的核心。

镍已被 广泛应用于多种锂电池的

整为镍钴锰 955 成分（90 %镍，5%

材料配方中，以求提高电池的能量

锰，5% 钴）。这一调整预计将进一

是镍钴锰（NMC）电池的重要组

略微减少对钴的依赖。此外，特斯

密度，从而改善车辆续航能力。镍

成部分，这种电池在电动汽车中已

步提高电池单体的能量密度，同时 拉还在实验一种镍钴锰 973 变种

被广泛应用。镍钴锰电池在能量密 （90% 镍，7% 锰，3% 钴）。在这些 度、热稳定性和成本之间提供了平 化学配方中增加镍的含量，能够提

衡。随着汽车制造商致力于延长续

供更大的电池容量和更高的续航

的含量已成为行业趋势。

性和寿命仍然是一个技术难题。

特斯拉

更高效的正极材料

从之前的镍钴锰 811（80 % 镍）调

材料和更高效生产工艺的进展。电

航里程，提高镍钴锰正极材料中镍

能力，但如何平衡这些电池的安全

例如，特斯拉宣布将其电池的配方 镍基电池的关键突破是尖端正极

10 | 《镍杂志》第39卷，2024年，第3期

池材料领域的领先企业 Novonix 在美国扩展其业务，生产用于即时

公司推出了一种全干法、零废物的 电力应用的电池。镍锌电池因其高 镍基正极材料合成方法。这一创新 功率输出和相较锂电池固有的安全

工艺通过消除对溶剂的需求和不产 生废弃物，大大降低了电池制造对

环境所带来的影响。此外，这种技

术还提高了正极材料的性能，使其

更高效且更具可持续性。 平衡高能量和稳定性

优势而广受关注。这类电池特别适

用于需要快速输出电力的应用场景， 例如数据中心或电网储能。

尽管镍锌电池由于其能量密度低于 锂电池尚未能大规模应用于电动

LG Energy Solution 公司（LGES） 汽车，但其安全性和环境效益使其

FACTORIAL ENERGY

也为这一进展做出了贡献，计划到 在某些应用场景中成为一个有吸引 2025 年大规模生产高电压中镍电 力的选项。 池。这类电池设计力求在高能量密 度和稳定性之间达到平衡，这对电

动汽车至关重要。

电动汽车电池领域的另一个重要发 展事件是松下公司量产了 4680 圆

柱锂电池电芯。这种电池形式的容 量是传统 2170 型电芯的五倍，将通 过延长车辆续航里程并减少电池

固态电池

展望未来，固态电池通过用固体电

解质取代传统锂电池中的液体电解

质，确保能够提供更高的能量密度 和更高的安全性。梅赛德斯-奔驰

公司正与 Factorial 公司进行合作， 开展名为“Solstice”的固态电池开

预计固态电池将比现有的锂离子技 术高出 80 % 的能量密度，部分得益 于正极材料的进展，包括高镍含量 的配方。

包中所需电芯的数量，彻底改变电 发项目。预计这类电池将比现有的 动汽车行业。4680 电芯包含高比例

的镍，进一步推动了能量密度的提

锂离子技术高出 80 % 的能量密度，

部分得益于正极材料的进展，包括

升。

高镍含量的配方。

将成为 4680 电池的主要生产基地。

处于核心地位的镍

松下公司位于日本和歌山县的工厂

该公司正在整合先进的生产方法， 该工厂也将作为全球制造的示范 基地。预计 4680 电池将显著降低

随着电动汽车行业的持续增长，镍

在电池技术中的作用日益凸显。从 特 斯拉使 用的高 镍 正极材料 到

电动汽车的生产成本，使电动汽车 LGES 公司采用的高压中镍正极材 更加普及，能够进入更广泛的市场。 料，在推动续航里程、提升性能和 镍锌电池

降低成本的创新中，镍均占据着核

尽管镍仍然是高性能电动汽车电 心地位。与此同时，安全添加剂的

池的关键材料，但替代化学配方也 发展、镍锌等替代化学配方的应用

在不断探索中。

以及固态电池的发展，展现了更安

Z i n c F i v e 是 一 家 领 先 的 镍 锌 全、更高效的电动汽车电池的未来

（NiZn）电池解决方案公司，目前正 前景。

《镍杂志》第39卷，2024年，第3期 | 11

|

镍在 高温下的卓越表现 各种热处理工艺对于优化汽车、航空航天、能源及其他行业的部件 性能至关重要。对于电动汽车而言，这一工艺尤为关键，因为经过热

处理后的部件对于提高性能、减轻重量以及增加续驶里程这些方面

至关重要。

300 系列含镍不锈钢和镍基合金 通常比锻造产品更厚，这虽然在 是热处理炉中固定装置的首选材 许多应用场景中可能是有利的，但 料。渗碳（将碳扩散到金属表面） 也可能带来重量方面的问题。

ROLLED ALLOYS

和氮化（和渗碳类似，但会使用氮

气）这两种热处理工艺，会使钢

材表面获得坚硬、耐磨的特性，同 时保持其核心部分的强度和延展

性。含镍合金用于托盘、输送带和

其他固定装置，可以通过无数工作

图片中的这些托 盘 用于堆叠齿轮， 这些齿轮将在 925°C（1700°F）的 温 度 下进 行 渗 碳 热 处 理 ，然 后在 845°C（1550°F）的温度中进行中 性硬化。图片中带沟纹的立柱，其 材质是 经 过 挤压变 形加工后的 RA330®型合金，这种合金替代了由 于低延展性无法拉直且寿命较短的 铸造合金柱。

周期延长使用寿命。这些材料在

铸造产品由于具有较大尺寸的纹

理，其焊接性可能成为一个问题，

但在一般情况下还是可以进行焊 接的。高温合金可以通过砂型铸

造、精密铸造或离心铸造方法进

行生产。

高温下具有更高的强度，且可以保 锻造材料，即板材、薄板、管材、棒 持延展性，并能在氧化环境中正常 材等，专为焊接和加工成零部件而

地工作。这些材料有多种形态，所 设计。锻造材料中较低的碳含量 以易于加工和焊接。高温镍基合 使其更容易进行焊接，特别是在有 金可视为 300 系列金属产品的延 维修需求时。所有产品设计必须考 续，且得到了性能改进，可适应极 虑到金属在高温下的膨胀，以避 端条件。

铸 件和锻 造材料 都用于高温 应

用。铸件接近最终形状，可能具有 较高的碳含量，以增强抗蠕变强

度。HK40型合金（UNS J94204） 的碳含量为 0.35~0.45%，而 310S

免变形。330 型合金（N08330）通

常用于热处理工艺，因其具有良好 的抗氧化性、延展性，并且含有硅

元素，适用于渗碳环境。锻造合金

可能含有如铈和氮等元素，以提高

蠕变强度、耐氧化性和冶金稳定

型合金（S31008）的碳含量仅为 性。

0.08%。而两者均含有 25% 的铬 总的来说，含镍合金在几乎所有高

和 20% 的镍，因此，两者在其他方 温应用场景中的性能表现都非常

面的性能相似。铸造产品的内壁 出色。 12 | 《镍杂志》第39卷，2024年，第3期

|

高熵合金

2003 年，研究人员发现了一个新 这使得该合金可能成为低温应用 型合金 种 类，被 称为“高熵合金” 中的结构材料，或者由于其高韧性， （HEA），由同等原子量的 五种或更 成为一种吸能材料。 多元素的组成。最初的研究使用了 添加了少量铝的 Al0.5CoCrCuFeNi 由钴、铬、铁、锰、镍组成的合金，发 （铝0.5钴铬铜铁镍）合金显示出较 现该合金在低温下具有卓越的机械 性能和高抗断裂韧性。随着测试温 高的疲劳寿命和耐久极限，其性能 度从常温降低到 -196℃（-321°F）， 可能超越了一些传统的钢合金或钛 其延展性和屈服强度都有着显著的 合金。然而，此结果存在显著的可 增加。

高熵合金（HE A s）被认为是一类 具有出色机械性能和耐腐蚀性的先 进材料。含镍的高熵合金因其卓越 的强度、延展性和抗氧化性而脱颖 而出。这些合金中，所含金属成分 的高成本可能会限制它们的应用场 景。然而，凭借其潜在的卓越性能， 这些合金在需要高温强度和热稳定 性的应用场景中可能带来显著的优 势，例如喷气发动机和超音速飞行 器；或因其高强度和韧性在汽车领 域的应用场景；或因其出色的韧性 而被用于低温环境中的应用场景。

变性，仍需要进一步研究。

屈服强度与断裂韧性的阿什比图

102

金属与合金——

高熵合金 \ 铬锰铁钴镍 \ 不锈钢 \ 镍合金 \

铬钴镍 / 镍基高温合金 / —— 钛合金

铜合金 断裂韧性【Kc(MPa.m1/2)】

SOURCE: GEORGE EP, RAABE D, RITCHIE RO. HIGH-ENTROPY ALLOYS. NAT REV MATER 2019;4:515-34.

在传统的合金设计中，人们通常会选择一种主要元素（如铁、铜或铝）， 根据其特性来进行设计。然后，再添加少量其他元素，以改善或增加其 某些特性。最简单的例子是钢，它是铁（含量约为 99%）和碳（含量最多 约1%）的合金。其中，碳显著增强了钢的强度。一个更复杂的合金示例 是 304L 型不锈钢（UNS S30403），其成分含量约为 72% 的铁、18% 的 铬和 8%的镍。铬和镍对于生产耐腐蚀且易于加工的不锈钢合金是必不 可少的。

铝合金 镁合金 101

花岗岩 |

玻璃

非高技术陶瓷

10 0

高技术陶瓷（例如： 碳化钨，氮化硅）

聚合物 （塑料）

“屈服 强 度与断 裂 韧 性 的 阿什比 图 说 明，基 于 钴 铬 镍 的 高 熵 合 金 是记 录中最 耐 损 伤 的 材 料之一。” ——Bernd Gludovatz 该图表的轴为对数坐标，因此 102 是 100 的 100倍，显示出与其他常见 工程材料相比，高熵合金在屈服强 度和断裂韧性方面具有显著的提升。

混凝土 |

10 0

101

102 屈服强度，o， （MPa）

103

《镍杂志》第39卷，2024年，第3期 | 13

咨询专家 国际镍协会技术咨询专线 问题解答

问 答

Geir Moe P .Eng. 是国际镍协会技 术咨询服务协调员。Geir 与世界各 地的材料专家一同为寻求技术支持 的含镍材料最终使用者和选材者提 供帮助。该团队可以随时针对多种 应用（例如不锈钢、镍合金和镀镍） 免费提供技术建议，使人们有把握 地使用镍。

问：我们正在将太阳能板安装在距离海洋约2千米的建筑屋顶上。安

装支架是由铝制成的，支架之间通过一个由304型（UNS 30400）不

锈钢制成的中央螺栓固定（没有垫圈，因此不锈钢直接与铝接触）。

请问我们是否应该担心铝和不锈钢之间的异种金属反应？ 答：对于这种大气暴露环境，我

推荐使用不锈钢紧固件与铝合金

合金（6000 系列）在海洋大气环

铝合金会为不锈钢提供电偶保

在海洋大气环境中容易发生缝隙

配合，以避免紧固件的电偶腐蚀。 境中表现最佳。而304型不锈钢

护，但只有在两者都被水润湿、且

网络版

《镍杂志》

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免费订阅镍杂志，就能在新一期杂志出版时收到印 刷版或电子邮件通知。 www.nickelinstitute.org 在线阅读几种语言的镍杂志。 www.nickelinstitute.org/library/ 从我们的在线档案中搜索往期镍杂志，最早一期是 2009年7月。 www.nickelinstitute.org/library/

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14 | 《镍杂志》第39卷，2024年，第3期

腐蚀，因此316型不锈钢（S31600）

仅在铝合金与不锈钢交界处有效。 是更好的选择。 选择天然具有良好抗大气腐蚀性

的铝合金和不锈钢合金也非常重

电偶腐蚀方面，所有不锈钢的电

化学电位相似，304和316之间没

要。在距离海洋2千米（1.24英里） 有显著的差异。电偶腐蚀的主要 处，盐（氯化钠）沉积物与雨水或

影响因素是两种金属的面积比和

凝结水结合，可能导致某些合金

更贵金属（正极）作为阴极的效

的程度取决于该地距离海岸的

通常为1:1，而不锈钢在潮湿的大

遭受点状腐蚀或裂隙腐蚀。腐蚀

率。在大气腐蚀中，金属的面积比

盐分积累量。这取决于多个因素， 气环境中不是非常有效率的阴极。

包括温度、主导风的强度和方向、 降水频率、湿度等。理想情况下，

请在 X 上关注我们@NickelInstitute 请在LinkedIn上加入我们――请访问国 际镍协会主页

铝镁合金（5000 系列）或铝镁硅

大规模电偶腐蚀 电流

电解质 阴极 低氧化电位 高电极电位

锈

阳极 高氧化电位 低电极电位

这就是为什么可以接受不锈钢作

为铝合金紧固件的原因。

如果你选择继续使用304不锈钢，

那我建议你需要每年检查一次紧

固件，以判断是否发生腐蚀及腐

蚀的范围。如果腐蚀问题严重，则 需要更换受影响的紧固件。

为什么是镍？

从纳米线到不锈钢合金，镍的存在形式多种多样。但是，镍的哪些特性是其成为日常用品中 必不可少的元素？

镍在铬镀层中的应用

镀镍听起来可能给人一种很时髦的感觉，但它其实只是一种可以让日常物品 用起来更持久、看上去更亮丽、显得更酷的普通工艺。

那么为什么要使用镍呢？因为镍可以使物品更坚固。它可以让物品表面防止生锈，保持光 滑亮丽，因此你最喜欢的电子产品、自行车，甚至汽车零部件都能保持光泽和强度。它就 像是一层保护铠甲，同时也让物品看起来更加吸引人。 那什么东西会被镀上镍？各种各样的东西！比如自 行车、汽车，甚至水龙头和花洒上的亮面。通常这 些物品的表层下面是镍，上面覆盖了一层薄薄的 其他金属，比如铬或者甚至是黄金。 还有电铸技术，这种技术就像是对物品的 完美复刻一样。当我们需要物品具 有恰到好处的形状和尺寸时，这 非常有用——镍的作用就是 让物品的功用更好、更持久！

UNS详细资料

本 期 镍 杂 志 中 提 到 的 合 金 及 不 锈 钢 的 化 学 成 分（ 以 重 量 百 分 比 表 示 ）。

UNS

碳

铬

铜

铁

锰

钼

氮

镍

磷

硫

硅

J94204 第12页

0.35– 0.45

23.0– 27.0

–

其余含量

1.50 最大值

0.50 最大值

–

19.0– 22.0

0.040 最大值

0.040 最大值

1.75 最大值

N08330 第12页

0.08 最大值

17.0– 20.0

1.00 最大值

其余含量

2.00 最大值

–

–

34.0– 37.0

0.03 最大值

0.03 最大值

0.75– 1.5

S30400 第14,16页

0.08 最大值

18.0– 20.0

–

其余含量

2.00 最大值

–

–

8.0– 10.5

0.045 最大值

0.030 最大值

1.00 最大值

S30403 第13页

0.03 最大值

18.0– 20.0

–

其余含量

2.00 最大值

–

–

8.0– 12.0

0.045 最大值

0.030 最大值

1.00 最大值

S31008 第12页

0.08 最大值

24.0– 26.0

–

其余含量

2.00 最大值

–

–

19.0 – 22.0

0.045 最大值

0.030 最大值

1.5 最大值

S32304 第2页

0.030 最大值

21.5– 24.5

0.05– 0.60

其余含量

2.50 最大值

0.05– 0.60

0.05– 0.20

3.0– 5.5

0.040 最大值

0.030 最大值

1.00 最大值

《镍杂志》第39卷，2024年，第3期 | 15

VERONIQUE STEUKERS

泰国素万那普机场 大厅里的大象雕塑

这对编织风格的不锈钢材质 大象雕塑于 2019 年11月建成， 是世界上独一无二的作品。 材料：

1.2 毫米厚 304-2B 型不锈钢

制造商：

大象雕塑本体：

Vision In Forms 有限责任公司

雕塑底座：

Thapanin 有限责任公司

艺术家： Somsak Kongnaphakdee Vision In Forms 有限责任公司 16 《镍杂志》 | 《镍杂志》 第39卷， 2024年， 第3期 第39卷， 2024年， 第3期

作为泰国传统和现代的象征，两座闪闪发光的不锈钢大象雕塑为曼谷 国际枢纽—— 泰国素万那普机场的繁华增添了光彩。著名泰国艺术家 Somsak Kongnaphakdee 设计了这两座与真实大象尺寸相符的大象雕 塑。雕塑由 Vision In Forms 公司（负责大象雕塑）和 Thapanin 公司（ 负责雕塑底座）公司制作，采用了1.2 毫米厚的 304-2B 型冷轧不锈钢带材 （UNS S30400）以编织风格制造而成。之所以选择这一工艺，是为了体现 泰国文化手工艺的独特性。 选择不锈钢为主要制造材料，不仅 仅是因其艺术吸引力，还有其卓越 的耐用性，使不锈钢材料成为大型 公共艺 术 装 置的理 想 选 择 。高度 抛光的表面具有强烈的现代感，而 雕塑的主题则与大象在泰国社会 中的传统象征意义相联系—— 象征 着力量、守护和皇权。其中最大的 一座不锈钢大象雕塑高达3米（9.8 英尺），重约 5 公吨（5.5 吨）。这 两座雕塑具有闪烁耀眼的光泽和

光滑流畅的外观，不仅为机场增添 了亮丽的风采，还获得了来自世界 各地游客们的赞赏。这两座 雕 塑 不仅仅是机场的装饰，它们已成为 具有象征意义的艺术品，就像是在 请求旅客停下脚步，对雕像所表达 出的含义进行思考，并欣赏泰国精 湛的艺术，了解其深厚的文化底蕴。 雕塑展示于航站楼1号卫星厅，体 现了将艺 术融入公共空间的理念 和实践。