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镍元素:合金、电镀、电池与催化

已有 372 次阅读 2026-3-28 11:06 |个人分类:《元素的文明征程》化学诗歌集|系统分类:科普集锦

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左边是铁钴,

右边是铜锌。

原子序数 28的镍,

是铁磁性过渡金属。

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人类早以陨铁、白铜等形式

使用镍元素数千年。

古埃及、古巴比伦用含镍陨铁制器;

中国西汉已掌握镍铜锌 “白铜” 工艺。

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镍白铜被欧洲称为“中国银”,

德意志矿工称镍矿为 “Kupfernickel”(魔鬼的铜),

因常误作铜矿却炼不出铜,

1751 年瑞典化学家克龙斯泰特从红镍矿(NiAs)中分离出镍。

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克龙斯泰特普及吹管分析法,

鉴定镍与钴不同,

镍白铜、德国银(铜镍锌)很快流行,

用于饰品与餐具。

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通过电解作用在黑色金属表面沉积镍层的电镀镍,

主要用于防护装饰性镀层及镀铬打底,

镍由罗斯柴尔德家族掌握的法国殖民地镍矿垄断。

这里的镍长期占世界供应的70%。

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1890 年代蒙德(Mond)法(羰基镍热分解)

一氧化碳与镍反应生成羰基化合物,

经蒸馏分离杂质后热分解获得高纯度镍,

奠定现代镍工业基础。

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1896年瑞士纪尧姆(Guillaume)发明因瓦合金(invar,殷钢),

他反复试验镍铁合金的比例,

终于发现含36%镍的“殷钢”其热弹性系数,

在相当大的温度范围内实际上为零。

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1897年这种合金和其它镍铁合金应用于制造钟表,

纪尧姆为高级手表和计时码表提供的总补偿平衡消除了二次误差,

他还制成殷钢计量棒用于大地基线测量,

并广泛用于精密仪器,如天文钟的恒温器和钟摆。

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镍加入钢中减少了锈蚀,

美国海军用镍钢制造军舰。

摩根财团打造了世界最大的企业“美国钢铁公司”,

也成为世界最大的镍钢工厂。

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美国奥福德公司(Orford)依靠加拿大镍矿进军欧洲市场,

对罗斯柴尔德家族垄断的镍市场发起挑战。

1895 至 1900 年间,

加拿大萨德伯里的镍产量增长一倍至710万磅。

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镍钢用于武器装甲军舰的制造,

1898年美西战争中,

身披镍钢装甲的美国军舰,

几乎全歼西班牙舰队。

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美国与德国对镍钢的军事需求,

刺激了各地镍矿的产量。

1902年摩根财团成立总部位于加拿大的国际镍业公司,

出资千万美元收购北美镍相关企业。

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国际镍业推出蒙乃尔合金 (Monel) 镍铜合金,

防腐蚀、耐高温,宽温范围内保持奥氏体单相组织,

宾夕法尼亚火车站,

采用了近120吨 Monel 板材作为屋顶。

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1899年瑞典朱格纳(Jungner)发明了镍镉电池,

额定电压1.2V的二次电池。

正极活性物质为氧化镍,

可在低温条件下稳定工作。

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Monel合金用途广,

除了建材及内饰,

还有高压蒸汽消毒器、医疗器械、

食品加工设备、厨具、餐具等。

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美海军战舰使用 Monel 合金制造的螺旋桨。

一战期间国际镍业为海军提供了40个螺旋桨。

所有海军士兵的身份识别标牌由Monel合金制造,

飞机冷却系统也大量采用Monel 合金。

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美国控制国际镍业47%的股份。

美军子弹由铜镍合金(白铜)制造,

而不是锌黄铜。

美国还发行镍币。

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加拿大安大略省的镍矿石,

在一战前占全球供应的90%,

而精加工环节则在美国。

国际镍业公司海外出口的57%镍进入德国。

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二战时的国际镍业公司,

依旧垄断全球90%的镍供应。

满足了同盟国 95% 的镍需求,

镍供应总量达 15 亿磅。

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埃尔门(Elman)发明高磁导率镍含量78% 的 “坡莫合金”,

中国钢铁研究总院横向磁场处理,

制备镍含量 65% 的坡莫合金(1J66),

坡莫合金用于磁头与磁传感器。

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因科合金(Inconel alloys)为镍铬合金,

用于制造罗罗公司的“梅林”发动机,

尼莫尼克(Nimonic)镍合金用于第一代商用喷气式发动机,

包括波音707的发动机。

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1985年郭可信团队在电子显微镜下发现,

Ti-Ni合金中的准晶结构,

和Zr-Ni合金中的五重孪晶结构,

使中国的准晶研究工作处于世界前列。

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殷钢(含镍36%)预制件是LNG船的重要部件,

是薄膜和船体相连接的连接件,

包括殷钢管及数万个殷钢小零件,

可承受-163℃的液化天然气低温。

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日本东京电气化学工业株式会社(TDK),

在多层陶瓷电容器中用镍电极取代钯电极,

超高纯镍靶材(6N),

用于先进制程芯片布线与逻辑层。

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镍基催化剂用于车载氨制氢,

适配氢燃料电池系统。

镍钴双金属催化剂实现混合塑料高效氢解,

生成高附加值液态油。

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脲酶中的含镍蛋白,

让幽门螺旋杆菌在胃酸中繁衍。

微生物的含镍酶参与碳循环,

从外部环境吸收二氧化碳。

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镍来自陨铁的星芒,

从合金、电镀到催化,

始终站在材料的潮头,

记录文明的成长。



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