Nickel – Propriétés – Prix – Applications – Production

À propos du Nickel

Le nickel est un métal brillant blanc argenté avec une légère teinte dorée. Le nickel fait partie des métaux de transition et est dur et ductile.

Résumé

Élément	Nickel
Numéro atomique	28
Catégorie d’élément	Métal de transition
Phase à STP	Solide
Densité	8,908 g/cm3
Résistance à la traction ultime	345 MPa
Limite d’élasticité	70 MPa
Module de Young	200 GPa
Échelle de Mohs	4
Dureté Brinell	700 MPa
Dureté Vickers	640 MPa
Point de fusion	1455°C
Point d’ébullition	2730°C
Conductivité thermique	90,7 W/mK
Coefficient de dilatation thermique	13,4 µm/mK
Chaleur spécifique	0,44 J/g·K
Température de fusion	17,47 kJ/mol
Chaleur de vaporisation	370,4 kJ/mol
Résistivité électrique [nanoohmmètre]	69,3
Susceptibilité magnétique	N / A

Applications du Nickel

La production mondiale de nickel est actuellement utilisée comme suit : 68 % en acier inoxydable; 10 % en alliages non ferreux; 9 % en galvanoplastie; 7 % en acier allié; 3 % dans les fonderies; et 4 % d’autres utilisations (y compris les piles). Le nickel est utilisé comme constituant de différents types d’alliages; par exemple, Monel (matériau résistant à la corrosion), Nichrome (un alliage utilisé pour les éléments chauffants à résistance), Permalloy (un alliage à haute perméabilité magnétique à faible intensité de champ et faible perte d’hystérésis), cupronickel, acier inoxydable, maillechort, etc. Les alliages à base de nickel (par exemple les alliages Fe-Cr-Ni(Mo)) présentent une excellente ductilité et ténacité, même à des niveaux de résistance élevés et ces propriétés sont conservées jusqu’à de basses températures. Le nickel et ses alliages sont très résistants à la corrosion dans de nombreux environnements, notamment basiques (alcalins). Le nickel réduit également la dilatation thermique pour une meilleure stabilité dimensionnelle. Le nickel est l’élément de base des superalliages. Ces métaux ont une excellente résistance à la déformation par fluage thermique et conservent leur rigidité, leur résistance, leur ténacité et leur stabilité dimensionnelle à des températures beaucoup plus élevées que les autres matériaux de structure aérospatiaux.

 

 

Production et prix du Nickel

Les prix des matières premières changent quotidiennement. Ils dépendent principalement de l’offre, de la demande et des prix de l’énergie. En 2019, les prix du Nickel pur se situaient autour de 77 $/kg.

Le nickel est extrait par torréfaction en NiO puis réduction avec du carbone. Le procédé Mond est utilisé pour fabriquer du nickel pur, dans lequel le nickel impur réagit avec le monoxyde de carbone (CO) pour former du Ni(CO)4, qui est ensuite décomposé à 200°C pour donner 99,99 % de Ni. On estime que plus de 2,7 millions de tonnes (t) de nickel par an sont extraites dans le monde, avec l’Indonésie (800 000 t), les Philippines (420 000 t), la Russie (270 000 t), la Nouvelle-Calédonie (220 000 t), l’Australie (180 000 t ) et le Canada (180 000 t) étant les plus gros producteurs en 2019.

Source : www.luciteria.com

Propriétés mécaniques du Nickel

Force du Nickel

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.

Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence.

Voir aussi: Résistance des matériaux

Résistance à la traction ultime du Nickel

La résistance à la traction ultime du nickel est de 345 MPa.

Limite d’élasticité du Nickel

La limite d’élasticité du nickel  est de 70 MPa.

Module de Young du Nickel

Le module de Young du nickel est de 200 GPa.

Dureté du Nickel

En science des matériaux, la dureté est la capacité à résister à l’indentation de surface (déformation plastique localisée) et  aux rayures. Le test de dureté Brinell est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un pénétrateur sphérique dur est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.

La dureté Brinell du nickel est d’environ 700 MPa.

La méthode d’essai de dureté Vickers a été développée par Robert L. Smith et George E. Sandland chez Vickers Ltd comme alternative à la méthode Brinell pour mesurer la dureté des matériaux. La méthode d’essai de dureté Vickers peut également être utilisée comme méthode d’essai de microdureté, qui est principalement utilisée pour les petites pièces, les sections minces ou les travaux en profondeur.

La dureté Vickers du nickel est d’environ 640 MPa.

La dureté à la rayure est la mesure de la résistance d’un échantillon à la déformation plastique permanente due au frottement d’un objet pointu. L’échelle la plus courante pour ce test qualitatif est l’échelle de Mohs, qui est utilisée en minéralogie. L’échelle de Mohs de dureté minérale est basée sur la capacité d’un échantillon naturel de minéral à rayer visiblement un autre minéral.

Le nickel a une dureté d’environ 4.

Voir aussi: Dureté des matériaux

Nickel – Structure cristalline

Une structure cristalline possible du nickel est la structure cubique face centrée.

Dans les métaux et dans de nombreux autres solides, les atomes sont disposés en réseaux réguliers appelés cristaux. Un réseau cristallin est un motif répétitif de points mathématiques qui s’étend dans tout l’espace. Les forces de la liaison chimique provoquent cette répétition. C’est ce motif répété qui contrôle les propriétés telles que la résistance, la ductilité, la densité, la conductivité (propriété de conduire ou de transmettre la chaleur, l’électricité, etc.) et la forme. Il existe 14 types généraux de ces modèles connus sous le nom de réseaux de Bravais.

Voir aussi: Structure cristalline des matériaux

Structure cristalline du Nickel

Propriétés thermiques du Nickel

Nickel – Point de fusion et point d’ébullition

Le point de fusion du nickel est de 1455°C.

Le point d’ébullition du nickel est de 2730°C.

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard.

Nickel – Conductivité thermique

La conductivité thermique du nickel est de 90,7 W/(m·K).

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductivité thermique, k (ou λ), mesurée en W/mK. C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction. Notez que la loi de Fourier  s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

Coefficient de dilatation thermique du Nickel

Le coefficient de dilatation thermique linéaire du nickel est de 13,4 µm/(m·K)

La dilatation thermique est généralement la tendance de la matière à changer ses dimensions en réponse à un changement de température. Il est généralement exprimé sous la forme d’un changement fractionnaire de longueur ou de volume par unité de changement de température.

Nickel – Chaleur spécifique, chaleur latente de fusion, chaleur latente de vaporisation

La chaleur spécifique du nickel est de 0,44 J/g K.

La capacité calorifique est une propriété extensive de la matière, c’est-à-dire qu’elle est proportionnelle à la taille du système. La capacité thermique C a l’unité d’énergie par degré ou d’énergie par kelvin. Lors de l’expression du même phénomène en tant que propriété intensive, la capacité thermique est divisée par la quantité de substance, de masse ou de volume, ainsi la quantité est indépendante de la taille ou de l’étendue de l’échantillon.

La chaleur latente de fusion du nickel est de 17,47 kJ/mol.

La chaleur latente de vaporisation du nickel est de 370,4 kJ/mol.

La chaleur latente est la quantité de chaleur ajoutée ou retirée d’une substance pour produire un changement de phase. Cette énergie décompose les forces d’attraction intermoléculaires, et doit également fournir l’énergie nécessaire pour dilater le gaz (le pΔV travail). Lorsque la chaleur latente est ajoutée, aucun changement de température ne se produit. L’enthalpie de vaporisation est fonction de la pression à laquelle cette transformation a lieu.

Nickel – Résistivité électrique – Susceptibilité magnétique

La propriété électrique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ électrique appliqué. L’une des principales caractéristiques des matériaux est leur capacité (ou leur incapacité) à conduire le courant électrique. En effet, les matériaux sont classés selon cette propriété, c’est-à-dire qu’ils sont divisés en conducteurs, semi-conducteurs et non-conducteurs.

Voir aussi: Propriétés électriques

La propriété magnétique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ magnétique appliqué. Les propriétés magnétiques macroscopiques d’un matériau sont une conséquence des interactions entre un champ magnétique extérieur et les moments dipolaires magnétiques des atomes qui le constituent. Différents matériaux réagissent différemment à l’application du champ magnétique.

Voir aussi: Propriétés magnétiques

Résistivité électrique du Nickel

La résistivité électrique du nickel est de 69,3 nΩ⋅m.

La conductivité électrique et son inverse, la résistivité électrique, est une propriété fondamentale d’un matériau qui quantifie la manière dont le nickel conduit le flux de courant électrique. La conductivité électrique ou conductance spécifique est l’inverse de la résistivité électrique.

Susceptibilité magnétique du Nickel

La susceptibilité magnétique du nickel est N/A.

En électromagnétisme, la susceptibilité magnétique est la mesure de l’aimantation d’une substance. La susceptibilité magnétique est un facteur de proportionnalité sans dimension qui indique le degré d’aimantation du nickel en réponse à un champ magnétique appliqué.