Nenadomestljivost niklja na ključnih industrijskih področjih

Nikeljvelja za eno najtežje nadomestljivih strateških kovin v svetovnem sistemu kovinskih materialov. Po podatkih Mednarodne raziskovalne skupine za nikelj (INSG) je svetovno povpraševanje po niklju v zadnjem desetletju ohranilo povprečno letno stopnjo rasti okoli 4 %, zlasti v panogah visoko-temperaturnih zlitin, zaščite pred korozijo in novih energetskih panogah, kar kaže na strukturni naraščajoči trend. Za razliko od večine kovin se vrednost niklja ne odraža le v njegovi posamezni učinkovitosti, ampak tudi v njegovi vlogi kot temeljnega ojačitvenega elementa v "sistemih materialov v ekstremnih delovnih pogojih", zaradi česar je resnično nenadomestljiv v številnih panogah.

Letalski motorji so ena materialno najzahtevnejših naprav v sodobni industriji, visokotemperaturne-zlitine na osnovi niklja pa skoraj prevladujejo v celotnem sistemu plinske turbine. Po javno dostopnih tehničnih podatkih GE in Rolls Royce je približno 50-60 % sodobnih letalskih motorjev sestavljenih iz visokotemperaturnih zlitin na osnovi niklja, pri čemer so turbinske lopatice, zgorevalne komore, šobe in druge komponente še posebej odvisne od niklja.
Pomen uporabe niklja v-visokotemperaturnih zlitinah je v:

• Podporni materiali ohranjajo stabilnost tkiva v okoljih nad 1100 stopinj;
• Zagotavljajo veliko večjo odpornost proti lezenju kot zlitine na osnovi železa-in kobalta;
• Zagotovite odpornost na toplotno utrujenost pri dolgotrajnih-cikličnih obremenitvah.

V trenutnem kovinskem sistemu ni materiala, ki bi lahko hkrati dosegel raven zlitin na osnovi niklja v smislu visoko-temperaturne trdnosti, odpornosti proti oksidaciji in stabilnosti. Zato odvisnost od niklja v letalski in vesoljski industriji spada na "nenadomestljivo strukturno raven".

Nikelj igra nenadomestljivo vlogo pri proizvodnji jedrske energije, vodikove energije, nafte in plina ter opreme za visoko{0}}temperaturno izmenjavo toplote. Podatki iz industrije kažejo, da približno 25 % -30 % cevi parnih generatorjev v jedrskih elektrarnah po vsem svetu uporablja zlitine na osnovi niklja (predvsem serije Inconel). Nikelj lahko ohrani stabilnost v okoljih z visokim-tlakom, obsevanim in visokotemperaturnim vodnim hlapom, kar bistveno zavira pojav razpok zaradi napetostne korozije (SCC) in vodikove krhkosti.
Poleg tega imajo zlitine na osnovi niklja ključno vlogo na naslednjih področjih:

• Naftovodi in plinovodi z visoko vsebnostjo žvepla (odporni na sulfidne napetostne razpoke)
• Oprema za energijo z vodikom (odporna na prepustnost vodika)
• Sistem za izmenjavo toplote pri visoki temperaturi (z veliko večjo stabilnostjo kot materiali iz nerjavečega jekla)

Te zahteve nenehno naraščajo s prilagajanjem energetske strukture in spodbujajo nikelj, da postane jedrna kovina v proizvodni verigi energetske opreme.

Na področju električnih baterij je nenadomestljivost niklja enako pomembna. Po statističnih podatkih Korejskega inštituta za raziskave baterij vsebnost niklja v sistemu z visoko vsebnostjo niklja (NCM811, NCA) predstavlja več kot 80 % materiala pozitivne elektrode. V trenutnem sistemu litijevih baterij je kobalt nadomestljiv, nikelj pa nenadomestljiv, ker nikelj neposredno določa:
Zgornja meja energijske gostote
Cena zmogljivosti na enoto
ciklično delovanje
Ko se nova energetska vozila približujejo dobi dolge vzdržljivosti, se bo uporaba materialov z visoko vsebnostjo niklja še naprej povečevala, kar bo dodatno okrepilo strateški položaj niklja.

V visokokakovostnih posebnih kovinskih sistemih, kot so niobij, tantal in cirkonij, lahko nikelj kot legirni element bistveno izboljša stabilnost materialov v visokotemperaturnih in jedkih okoljih. Na primer, niobijev nikelj in zlitine cirkonijevega niklja so postale običajni materiali v jedrski opremi, vakuumskih elektronskih napravah in kemičnih reakcijskih sistemih.
Dodatek niklja lahko prinese:

• Boljša stabilnost pri varjenju
• Višja antioksidativna temperatura
• Daljša življenjska doba
• Boljša odpornost na napetostno korozijo

Zaradi tega nikelj ni samo navadna kovina, ampak tudi ključni strukturni ojačitveni element v sistemih materialov redkih kovin.

Ne glede na to, ali je v okoljih z visoko temperaturo nad 1100 stopinj ali v ekstremnih delovnih pogojih močne korozije, sevanja in stresa, nikelj kaže celovito delovanje, ki ga druge kovine ne morejo doseči. Njegova edinstvenost se ne odraža samo v njegovi visokotemperaturni trdnosti in odpornosti proti koroziji, ampak tudi v njegovem zrelem industrijskem sistemu, dolgoročno-preverjeni inženirski zanesljivosti in-osnovi uporabe v velikem obsegu.

Z nenehnim nadgrajevanjem vesoljske industrije, industrije nove energije, kemične opreme, jedrske in vodikove energije bosta strateška vrednost in nenadomestljivost niklja postali vidnejši in bo še naprej postajal pomembna kovinska podlaga na področju-proizvodnje višjega cenovnega razreda.