النحاس معدن برتقالي محمرّ، يتميز بموصلية كهربائية ممتازة، ومقاومة للتآكل، وخصائص مضادة للبكتيريا. النيكل معدن فضي لامع، يتميز بقوة وصلابة ومقاومة كيميائية عالية.
يؤدي دمج هذين المعدنين بنسب مختلفة على المستوى المعدني إلى تكوين سبائك النحاس والنيكل (CuNi). تستفيد هذه السبائك من مزايا النحاس والنيكل، مما يوفر توازناً بين مقاومة التآكل، والليونة، والتوصيل الحراري والكهربائي.
إن فهم أنواع سبائك النحاس والنيكل، وتكوينها وخصائصها، ومزاياها وعيوبها وتطبيقاتها وتكاليفها يمكن أن يساعد في مواد التصنيع باستخدام الحاسب الآلي اختيار أو أي مشروع تصنيع آخر. لذا، دعونا نناقش هذه الجوانب المتعلقة بسبائك النيكل والنحاس بالتفصيل.
ما هي سبائك النحاس والنيكل؟
قطع نيكل النحاس
يشير مصطلح سبيكة النحاس والنيكل، أو سبيكة CuNi، أو النحاس والنيكل، إلى سبيكة معدنية تتكون من خلال دمج النحاس والنيكل في عملية تعدينية. يُصهر النحاس والنيكل النقيان معًا ويُصبّان في قوالب بأشكال مختلفة. في هذه العملية، تُصب السبيكة ببنية مجهرية فريدة لكل من المعدنين الأصليين. تحل ذرات النيكل محل ذرات النحاس في الشبكة البلورية، مُشكّلةً بنية بلورية مكعبة مركزية الوجوه (FCC) متصلة جديدة.
مثل كل الآخرين مادة سبائكتختلف نسبة عناصر السبائك في الخليط باختلاف نوع السبائك. في سبائك النحاس والنيكل، تتراوح نسبة النيكل بين 10% و45%. مع زيادة كمية النيكل في التركيبة، تصبح أكثر صلابة، لكنها أقل قابلية للتشكيل. في الوقت نفسه، تُصنّف السبائك ذات درجات النيكل
بالإضافة إلى النحاس والنيكل، يُضاف المنغنيز والحديد بكميات صغيرة، حوالي ٢٪. تُعزز هذه الإضافات مقاومة التآكل. كما يُضاف القصدير والألمنيوم إلى بعض السبائك لجعلها مناسبة للتطبيقات عالية الأداء.
الخصائص الفيزيائية لسبائك النحاس والنيكل
لا تصدأ سبائك النحاس والنيكل بسهولة، وتتميز بليونة جيدة، ويمكن تشكيلها إلى أنابيب ومواسير وأجزاء معقدة. إضافة إلى ذلك، فهي أكثر كثافة من النحاس النقي.
| الممتلكات | نحاس-نيكل 90/10 | نحاس-نيكل 70/30 |
| الكثافة (جم·سم⁻³) | 8.9 | 8.95 |
| الحرارة النوعية (جول·كجم⁻¹·كلفن⁻¹، ≈20 درجة مئوية) | 377 | 377 |
| الموصلية الحرارية (W·m⁻¹·K⁻¹، ≈20 درجة مئوية) | 50 | 29 |
| معامل التمدد الحراري الخطي (10⁻⁶ K⁻¹، 10–300 درجة مئوية) | 17 | 16 |
| الموصلية الكهربائية (% IACS) | 9٪ IACS | 4% |
الخصائص الميكانيكية لسبائك النحاس والنيكل
تتميز سبائك النحاس والنيكل بقوة ميكانيكية جيدة، ومقاومة للتآكل، ومقاومة للإجهاد. كما أنها توفر استطالة جيدة وصلابة متوسطة.
| الممتلكات | نحاس-نيكل 90/10 | نحاس-نيكل 70/30 |
| معامل يونغ (جيجا باسكال) | 135 | 150-152 |
| معامل القص (جيجا باسكال) | 50 | 57 GPa |
| نسبة بواسون | 0.34 | 0.34 |
| قوة الشد (الأم) | 300–420 ميجا باسكال | 372-517 |
| مقاومة الخضوع (MPa) | 100 ميغاباسكال | 120-130 |
| الاستطالة (%) | 30% | 30–45 ٪ |
| صلابة (HV) | 85-95 | 95-110 |
أنواع سبائك النحاس والنيكل
أنواع سبائك النحاس والنيكل
بناءً على نسب النيكل والنحاس في التركيبة، توجد أنواع مختلفة من النيكل النحاسي، ولكل منها خصائص مختلفة قليلاً. وتشمل النيكل النحاسي 90/10، والنيكل النحاسي 70/30، والنيكل النحاسي 80/20، والنيكل النحاسي 75/25.
دعونا نتناول بإيجاز هذه السبائك من النحاس والنيكل:
نحاس-نيكل 90/10
يحتوي هذا السبائك على 90% نحاس و10% نيكل، مع إضافة حوالي 1% من المنغنيز والحديد. يُمكن اعتبار هذا مُعادلاً لسبائك UNS C70600. علاوةً على ذلك، فهو مادة مناسبة للاستخدام البحري، تتميز بصلابة عالية وقابلية لحام ومقاومة عالية للتآكل في مياه البحر. يُستخدم نحاس-نيكل 90/10 في المعدات البحرية، والأنابيب، وبناء السفن، والمبادلات الحرارية.
نحاس-نيكل 70/30
تزيد كمية النيكل الزائدة من القوة الميكانيكية ومقاومة التآكل. كما تتميز بخصائص استطالة أفضل قليلاً. كما أن سبيكة 70/30 تقاوم الصدأ في المياه الجارية والبيئات البحرية. علاوة على ذلك، فهي تعادل سبيكة UNS C71500.
يمكنك استخدام هذا المنتج في التطبيقات التي تتحمل أحمالًا ميكانيكية أعلى، مثل محطات معالجة المياه، والأنابيب البحرية، وأنابيب المكثفات. مع ذلك، فإن ارتفاع نسبة النيكل يرفع تكلفة السبائك.
نحاس-نيكل 80/20
يُعادل Cu-Ni 80/20 Cu–Ni 80/20، ويُعرف أيضًا بالدرجة المتوسطة من Cu-Ni 90/10 و70/30. يتميز بمقاومة جيدة للتآكل وقوة ميكانيكية أقل. تُستخدم هذه المادة في الأنابيب والأسلاك والهندسة المعمارية والديكور، وبعض معدات معالجة مياه البحر.
نحاس-نيكل 75/25
يُعدّ هذا النوع من سبائك النحاس والنيكل شائع الاستخدام في صناعة العملات المعدنية وإنتاج القطع الزخرفية. فهو يتميز بمقاومة ممتازة للتآكل، وليونة جيدة، ومقاومة عالية للتآكل، ومظهر جمالي. كما يتوفر في السوق سبيكة بنسبة 75/25 مُحسّنة خصيصًا لعمليات ختم المعادن.
هذا المقال تكملة لـ : البرونز مقابل النحاس مقابل النحاس الأصفر
مزايا سبائك النحاس والنيكل
تجمع سبائك النحاس والنيكل بين الخصائص المفيدة لكل من النحاس والنيكل. فهي تتميز بمقاومة جيدة للتآكل، ويمكن تشكيلها بأشكال مختلفة، كما أنها قابلة لإعادة التدوير.
تُستخدم هذه السبائك على نطاق واسع في التطبيقات البحرية لأنها تؤدي أداءً جيدًا في المياه المالحة وغيرها من الظروف القاسية. وهذا أحد الأسباب التي تجعلها النحاس مقابل البرونزية غالباً ما تتم مناقشة الأداء عند اختيار المواد لأنظمة مياه البحر.
والآن، دعونا نلقي نظرة على المزايا الخمس الرئيسية لسبائك النحاس والنيكل:
- مقاومة التآكل: تتمتع سبائك النحاس والنيكل بمقاومة فائقة للتآكل في المياه المالحة وغيرها من البيئات القاسية.
- مضاد للجراثيم: إنها مضادة للبكتيريا ومناسبة لبعض المستحضرات الصيدلانية وتطبيقات التبريد العميق. كما أنها مفيدة في البيئات البحرية، إذ تُثبط نمو الكائنات البحرية.
- الاستقرار الحراري: لا تفقد سبائك النحاس والنيكل خصائصها عند درجات الحرارة العالية، والتي تصل عادةً إلى 650 درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك، يمكنها تحمل الإجهاد الحراري الدوري.
- القابلية للتشكيل والتشكيل: يمكن تشكيل النيكل النحاسي باستخدام آلات التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC) إلى أجزاء معقدة، بينما يمكن تشكيل الصفائح بأشكال متنوعة من خلال عمليات التصنيع. كما يمكن وصل الأجزاء باللحام واللحام باللحام العادي.
- التوصيل للكهرباء او الحرارة: تتميز هذه السبائك بخصائص ممتازة لنقل الحرارة والتوصيل الكهربائي. لذا، فهي مفيدة في الأسلاك والموصلات والمبادلات الحرارية.
عيوب سبائك النحاس والنيكل
على الرغم من أن النيكل النحاسي مواد مفيدة للغاية في التشغيل الآلي وتصنيع المعادن، إلا أن له بعض القيود، لا سيما التكلفة المنخفضة وضعف قابلية بعض الأصناف للتشغيل الآلي.
وفيما يلي عيوب سبائك النحاس والنيكل::
- أغلى من السبائك الأخرى: مقارنة سبائك الألومنيوم المبثوق و ستان ستيل سبائك النحاس والنيكل أكثر تكلفة.
- التشغيل في الماكينات: بعض الدرجات، مثل Cu-Ni 70/30، أقل قابلية للتشغيل الآلي، وقد تحتاج إلى أدوات ذات طلاء صلب.
- حساسة للتلوث باللحام: على الرغم من أن سبائك النحاس والنيكل تتمتع بقابلية لحام عالية، إلا أنها أكثر عرضة للتلوث باللحام وتتطلب التحكم الدقيق في درجة الحرارة.
تطبيقات سبائك النحاس والنيكل (CuNi)
بفضل مقاومتها للتآكل وعمرها التشغيلي الطويل، تُستخدم سبائك النحاس والنيكل على نطاق واسع في المعدات البحرية وأنظمة الأنابيب والمكونات الكهربائية والتطبيقات المعمارية. وغالبًا ما تُفضّل على الفولاذ المقاوم للصدأ في أنظمة مياه البحر. هذه الخصائص نفسها تجعلها مادة عملية لـ تصنيع النحاس في البيئات الصعبة.
دعونا نلقي نظرة على التطبيقات الرئيسية:
أنابيب النحاس والنيكل وحلمات الأنابيب 
حلمة الأنابيب
بفضل قدرتها على توليد الوقود الحيوي ومقاومتها للتآكل، تُعدّ أنابيب النحاس والنيكل مثالية للاستخدام تحت سطح البحر وفي المنصات البحرية. لذا، تُعدّ حلمات الأنابيب أجزاءً قصيرةً من الأنابيب ذات خيوط على كلا الطرفين، وتُستخدم في تركيبات وتمديدات الأنابيب.
أمثلة التطبيق: التجهيزات، الحواف، الصمامات، الأنابيب البحرية، أنظمة السحب/الإخراج، الأنابيب الخاصة بالسوائل المسببة للتآكل في الصناعات.
حلقات التبريد
حلقات نحاسية من النيكل والنحاس
حلقات التبريد هي شبكة من الأنابيب المغلقة أو شبه المغلقة. تسمح هذه الحلقات بتدفق سائل التبريد داخلها، وتُستخدم لتبديد الحرارة من الآلات والأدوات والمعدات والأنظمة. بفضل خصائص نقل الحرارة الممتازة، يُعدّ النحاس النيكل مناسبًا لهذا الاستخدام.
أمثلة التطبيق: دوائر تبريد مياه البحر، وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والتبريد، ومحطات الطاقة، والمكثفات، وما إلى ذلك.
بناء السفن
نظام أنابيب مياه البحر
يُستخدم نحاس النيكل في بناء السفن، وداخلها، وفي مختلف الأنظمة المساعدة. إن قوة نحاس النيكل، ومتانته، وانخفاض قابليته للتلوث البيولوجي، ومقاومته لتآكل مياه البحر، تجعله مفيدًا في بناء السفن.
أمثلة التطبيق: مكونات المعدات تحت الماء، والخطوط الهيدروليكية، والهياكل البحرية، وملفات تسخين البضائع، ومكونات المضخات، وهياكل السفن، وأنابيب الصابورة.
محطات تحلية المياه
سبائك النيكل والنحاس مناسبة تمامًا لمحطات تحلية المياه، سواءً كانت ذات مرحلة واحدة أو متعددة. فهي تتحمل المياه المالحة دون أن تُسبب تدهورًا للسطح لفترة طويلة.
أمثلة التطبيق: أنابيب غرفة المبخر، قسم استعادة الحرارة، أنابيب تسخين المحلول الملحي، فوهات غرف الفلاش، الصمامات، والتجهيزات.
ما هي أهمية النحاس والنيكل؟
يتيح لك الجمع بين النحاس والنيكل الاستفادة من خصائصهما. تصبح السبائك أكثر ليونة من النيكل وأكثر صلابة من النحاس. بالإضافة إلى ذلك، توفر ثباتًا حراريًا عند درجات الحرارة المرتفعة. كما يُسهم استخدام السبائك في خفض تكاليف المواد؛ فأسعارها أقل من النيكل النقي.
إن الخصائص المذكورة أعلاه تجعل النحاس والنيكل مهمًا بشكل كبير في الأنظمة والمعدات البحرية، والأنابيب الصناعية وأنابيب مياه البحر، والمبادلات الحرارية، والصناعة الكهربائية.
علاوة على ذلك، يمكنك أيضًا تخصيص الخصائص حسب حاجتك عن طريق تغيير نسبة النيكل والنحاس وعناصر السبائك الأخرى (كميات صغيرة).
سبائك النحاس والنيكل مقابل سبائك التيتانيوم مقابل الفولاذ السبائكي 
CuNi مقابل السبائك الأخرى
تعتبر سبائك التيتانيوم أكثر صلابة من سبائك CuNi وتوفر نسبة أعلى من القوة إلى الوزن، ولكنها أكثر تكلفة. سبائك التيتانيوم درجات مثل Ti-6Al-4V، Ti-3Al-2V، و تحظى Ti-6Al-4V ELI بشعبية كبيرة في تصنيع الآلات ذات التحكم الرقمي (CNC).
يتم تشكيل الفولاذ السبائكي عن طريق خلط عناصر متعددة في الحديد، مثل الكروم، والنيكل، والفاناديوم، والموليبدينوم، والكبريت، والفوسفور. وفي الوقت نفسه، الفرق بين سبائك الصلب مقابل الكربون الصلب إن الفولاذ الكربوني يحتوي على نسبة عالية من الكربون، لكنه لا يتضمن الكثير من المعادن السبائكية.
يوفر الجدول أدناه نظرة عامة مقارنة بين سبائك النحاس والنيكل والتيتانيوم والصلب:
| المعايير | سبائك النحاس والنيكل | سبائك التيتانيوم | سبائك الصلب |
| قوة الشد | معتدل | مرتفع | أعلى من Cu-Ni، وأقل من سبائك Ti |
| المقاومة للتآكل | ممتاز في مياه البحر | ممتاز في بيئة عدوانية | الخير |
| مقاومة درجات الحرارة | معتدلة (~300 درجة مئوية) | ممتاز (حتى ~600 درجة مئوية) | جيد إلى ممتاز، يعتمد على درجة السبائك |
| الوزن | معتدل | خفيف | ثقيل |
| التكلفة | متوسط إلى مرتفع | مرتفع | منخفضة إلى متوسطة |
| تطبيقات مشتركة | الأجهزة البحرية والمبادلات الحرارية | الفضاء، الغرسات الطبية، المعالجة الكيميائية | السيارات والبناء والآلات |
وتلخيصا
ما يميز سبائك النحاس والنيكل هو مقاومتها الممتازة للتآكل في مياه البحر ومتانتها الميكانيكية العالية. كما أنها موصل جيد للحرارة والكهرباء. لذلك، تُستخدم سبائك النحاس والنيكل على نطاق واسع في الصناعات البحرية،
في النهاية، لتحويل النيكل النحاسي الخام إلى قطعة أو منتج مفيد، ستحتاج إلى معدات وخبرة تصنيع. برولين تكنحن نساعدك في تصنيع المكونات الوظيفية من Cu-Ni باستخدام الطحن CNC، والتحويل، والحفر، وEDM، وتشكيل المعادن، وغيرها من التقنيات المختلفة.
لا تقتصر خدماتنا في مجال التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) على سبائك النحاس والنيكل فحسب، بل تدعم أيضًا أكثر من 100 خيار من المواد، بما في ذلك المعادن والسبائك والبلاستيك والمواد المركبة. نقدم خيارات تخصيص مرنة، ونستطيع التعامل مع أحجام إنتاج تتراوح من النماذج الأولية إلى التصنيع على نطاق واسع. سواء كنت بحاجة إلى خدمة تشكيل النحاس أو الأجزاء المصنوعة من مواد هندسية أخرى، ما عليك سوى تحميل تصميمك إلى منصة عروض الأسعار الخاصة بنا أو تصفح الأسئلة الشائعة لمعرفة المزيد عن قدراتنا.
الأسئلة الشائعة
ما هو CuNii؟
CuNi هو ترميز لسبائك النحاس والنيكل، المعروفة أيضًا باسم النيكل النحاسي. تتكون هذه السبائك من 10% إلى 45% من النيكل، و65% إلى 90% من النحاس، و1-2% من المنغنيز والحديد.
ما هي استخدامات سبيكة النحاس والنيكل؟
يتم استخدام سبائك النحاس والنيكل في ظروف مثل مياه البحر والتعرض للتآكل والتعرض للحرارة العالية.
هل سبائك النحاس والنيكل باهظة الثمن؟
نعم، إنها أغلى من معظم سبائك التصنيع باستخدام الحاسب الآلي الأخرى، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الألومنيوم. ومع ذلك، فإن سعرها مبرر في معظم التطبيقات.
ما هو نطاق قوة سبائك النحاس والنيكل؟
تعتمد القوة الدقيقة على نوع السبيكة (90/10، 70/30، 80/20) والمعالجة الحرارية. وتتراوح قوة الشد بين 300 و520 ميجا باسكال.
هل سبائك CuNi آمنة؟
نعم، سبيكة CuNi آمنة للاستخدام في أنظمة المياه والتدفئة والتكثيف. بعض أنواعها آمنة حتى للاستخدام في معالجة الأغذية والاستخدامات الطبية.
من الرسم إلى الجزء
هل لديك قطعة ترغب في تصنيعها؟
شارك فريقنا الهندسي برسوماتك، وموادك، وكمياتك، ومتطلبات تطبيقك.
ناقش مشروعك ↗يتم التعامل مع الملفات بسرية تامة · اتفاقية عدم إفشاء اختيارية متاحة