Niken lại là một thành phần quan trọng không thể thiếu để tạo nên thép không gỉ. Vậy Niken là gì? Vai trò, ảnh hưởng của Niken trong ngành công nghiệp thép không gỉ? Tất cả sẽ được QMS giải đáp ngay trong bài viết này, mời mọi người cùng theo chân QMS nhé!
Niken là gì? Kim loại hay phi kim?
Niken (nickel) là một chất có trong lớp vỏ của Trái Đất và là một thành phần tham gia cấu tạo nên các loại inox, thép không gỉ xung quanh chúng ta. Thậm chí, niken còn có mặt cả trong cơ thể của chúng ta.
Trong bảng tuần hoàn hóa học niken là một nguyên tố kim loại màu trắng bạc có số hiệu nguyên tử là 28. Đặc biệt niken thường chỉ xuất hiện ở dạng hợp chất như là thép không gỉ, hợp kim.. ta rất ít khi tìm thấy niken ở dạng nguyên chất.
Ngoài tự nhiên, người ta rất ít khi tìm được niken nguyên chất. Đa số niken đều tồn tại dưới dạng hợp chất. Ví dụ, thép không gỉ, hợp kim,…
Niken nguyên chất thường được sử dụng để làm tiền xu (vì tính chất của nó).
Tính chất vật lý và hóa học của niken
Ngoài màu sắc ánh bạc mà ta thường thấy thì niken có đặc điểm cấu tạo rất cứng tuy nhiên thì lại rất dễ để tạo hình như kéo dãn, uốn cong, dát mỏng.
Niken có nhiệt độ nóng chảy lên tới 1455 độ C, vì thế thường được ứng dụng làm nguyên vật liệu trong các môi trường khắc nghiệt.
Một ưu điểm nổi trội của niken nữa là có từ tính và dẫn điện rất tốt.
Các loại thép không gỉ có thành phần niken cao (ví dụ inox 316) thường chống chịu tốt trong các môi trường khắc nghiệt như môi trường biển, axit, kiềm,…
Ở nhiệt độ thường, nickel thường trơ với oxy (hoặc phản ứng rất chậm). Thế nên niken cũng được xem là một chất chống lại sử gỉ sét và được ứng dụng làm tiền xu.
Nhiệt độ nóng chảy của niken là 1455 độ C. Niken có khả năng chịu nhiệt cao nên thường được ứng dụng chế tạo các bộ phận động cơ trong máy bay phản lực hoặc tên lửa.
Niken được ứng dụng trong chế tạo pin xe điện
Niken dùng để làm gì?
Niken là kim loại đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất của nhiều ngành khác nhau. Vậy trong thực tiễn thì niken dùng để làm gì? Nhờ vào những ưu điểm vượt trội như có khả năng chịu nhiệt cao, chống ăn mòn mà niken đã trở thành một trong những thành phần quan trọng để sản xuất thép không gỉ, dùng làm chế tạo các hợp kim của sắt.
Với cấu tạo có độ cứng lớn hơn cả sắt mà niken luôn là sự lựa chọn hàng đầu để chế tạo các loại động cơ phản lực, tên lửa, phụ tùng xe máy…
Không dừng lại ở đó niken còn góp mặt cả trong lĩnh vực trang sức do bề mặt bên ngoài có màu trắng bạc sáng bóng, ít bị oxi hóa khi tiếp xúc với môi trường trong thời gian dài mà giá thành thì rẻ hơn nhiều so với các loại trang sức được làm từ vàng, bạc.
Đặc biệt niken thường được dùng nhiều trong ngành sản xuất đồng xu cũng như các loại nam châm phổ biến trên thị trường.
Tính chất vật lý và hóa học của Niken trong thép không gỉ
Niken (Ni) là nguyên tố kim loại màu trắng bạc, có độ cứng cao, dẻo và dễ dát mỏng. Nhiệt độ nóng chảy của Niken đạt khoảng 1455°C, giúp nó duy trì được tính ổn định trong môi trường nhiệt độ cao. Niken có từ tính yếu và dẫn điện tốt, được sử dụng nhiều trong các hợp kim chịu nhiệt, nam châm và đặc biệt là thép không gỉ (inox).
Trong ngành thép không gỉ, Niken không chỉ là thành phần hợp kim thông thường. Về mặt hóa học, Niken không phản ứng mạnh với oxy, do đó không bị gỉ nhanh như sắt (Fe). Khi kết hợp với Crom (Cr), Niken tạo nên liên kết bền vững trong mạng tinh thể austenitic, làm cho inox vừa chống ăn mòn tốt, vừa giữ được độ dẻo và khả năng gia công cao.
Xem thêm: crom là kim loại gì
Vai trò của Niken trong các mác thép inox 201, 304 và 316
Hàm lượng Niken (Ni) là yếu tố quyết định cấu trúc, độ bền và khả năng chống ăn mòn của từng loại thép không gỉ. Trong các mác thép inox thông dụng như 201, 304 và 316, sự khác biệt về tỷ lệ Niken dẫn đến sự khác biệt rõ rệt về chất lượng, độ bền và giá thành.
Bảng so sánh hàm lượng Niken trong các mác thép inox
| Mác thép | Hàm lượng Niken (Ni %) | Đặc tính nổi bật | Ứng dụng điển hình |
|---|---|---|---|
| Inox 201 | 3.5 – 5.5 % | Hàm lượng Niken thấp, giá rẻ, dễ gia công nhưng chống ăn mòn kém hơn. | Lan can, cửa cổng, nội thất trong nhà. |
| Inox 304 | 8 – 11 % | Cân bằng giữa độ bền, khả năng hàn và chống gỉ; phổ biến nhất hiện nay. | Dụng cụ nhà bếp, bồn nước, ống dẫn thực phẩm, thiết bị dân dụng. |
| Inox 316 | 10 – 14 % (có thêm 2–3 % Mo) | Khả năng chống ăn mòn vượt trội trong môi trường muối, hóa chất, nước biển. | Thiết bị y tế, nhà máy hóa chất, công trình ven biển, tàu thủy. |
Phân tích chi tiết vai trò của Niken
Ổn định cấu trúc austenitic
Niken giúp duy trì cấu trúc austenitic ổn định, làm inox dẻo, dễ hàn và không bị giòn khi nhiệt độ thay đổi. Đây là lý do inox 304 và 316 có thể uốn, kéo và gia công phức tạp mà không nứt gãy.
Tăng khả năng chống ăn mòn
Niken giúp giảm tốc độ oxy hóa và ăn mòn điện hóa, đặc biệt khi inox tiếp xúc với môi trường ẩm, muối hoặc axit nhẹ.
Trong inox 316, Niken kết hợp với Molypden (Mo) tạo ra lớp bảo vệ kép giúp chống ion Cl⁻ trong nước biển, vượt trội hơn inox 304.
Niken ảnh hưởng thế nào đến giá inox
Trong ngành thép không gỉ (inox), Niken (Ni) là thành phần hợp kim có giá trị cao nhất. Hàm lượng Niken trong các mác thép như inox 304 và inox 316 thường chiếm từ 8% – 14% tổng khối lượng, nên biến động giá của nguyên tố này tác động trực tiếp đến giá thành inox trên thị trường.
Theo số liệu của Hiệp hội Nickel Institute, giá Niken có thể chiếm 30 – 50% tổng chi phí sản xuất thép không gỉ. Vì vậy, khi giá Niken thế giới tăng, giá các sản phẩm như ống inox 304, ống inox 316 , tấm inox 304, hay cuộn inox 316L cũng tăng theo.
Nguyên nhân chính là do Niken giữ vai trò tạo cấu trúc austenitic ổn định, giúp inox chống ăn mòn và chịu nhiệt tốt. Việc thay thế Niken bằng nguyên tố khác (như mangan trong inox 201) có thể giảm giá thành, nhưng đồng thời làm giảm độ bền và khả năng chống gỉ.
101 câu hỏi bên lề thú vị về niken
Niken có dẫn điện không?
Niken là một chất dẫn điện tốt vì trong cấu trúc tinh thể có rất nhiều electron linh động, tự do. Thậm chí, niken còn dẫn điện tốt hơn sắt. Khả năng dẫn điện của niken thấp hơn đồng khoảng 4 lần nhưng lại cao hơn sắt đến 1.5 lần.
Tóm lại là thanh kim loại niken có thể dẫn điện gây chết người.
Niken có độc không ?
Là một nguyên tố kim loại thì niken có độc không? nó có ảnh hưởng trực tiếp gì đến sức khỏe của con người? Như đã nói ở phía trên thì niken có mặt cả trong cơ thể của mỗi chúng ta tuy nhiên nó chỉ chiếm một phần rất rất nhỏ dao động vào khoảng 0,5g cho một cơ thể 70kg. Theo nghiên cứu cho thấy niken có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất, làm tăng cường khả năng hoạt động của hoóc- môn.
Tuy nhiên nếu lượng niken trong cơ thể vượt quá mức cho phép thì sẽ dẫn đến tình trạng ngộ độc nghiêm trọng hơn có thể ảnh hưởng đến gen, ảnh hưởng đến hệ miễn dịch, gây ung thư, hoặc các tình trạng dị dạng ở trẻ sơ sinh. Ngoài ra, chúng ta còn có thể gặp một số biểu hiện như nổi mẩn đỏ, khó chịu nếu cơ thể bị dị ứng khi tiếp xúc với các trang sức mạ niken hoặc sử dụng thực phẩm chứa nhiều niken.
Mọi người cần phải thật cẩn thận khi làm việc lâu dài trong môi trường có nồng độ niken nhiều như các phân xưởng gia công cắt gọt kim loại, chế tạo máy… bằng các biện pháp như đeo khẩu trang và thực hiện các biện pháp che chắn kĩ lưỡng.
Ở góc nhìn dinh dưỡng, thứ gì vượt quá liều lượng cũng sẽ thành chất độc. Nếu bạn uống liên tục 40 ly nước, bạn sẽ bị ngộ độc nước, khả năng sẽ dẫn đến tử vong.
Thế nên, vấn đề không phải là niken có độc không. Mà là liều lượng niken trong cơ thể bao nhiêu là đủ.
Theo một số nghiên cứu, nickel trong cơ thể giúp tăng cường khả năng hoạt động của hóc-môn và tham gia vào quá trình trao đổi lipit.
Ngoài đường miệng, cơ thể người có thể bị nhiễm nickel thông qua hô hấp và qua da. Do đó, việc làm việc tại các môi trường có bụi kim loại hoặc môi trường không khí bị ô nhiễm khá độc hại.
Tổ chức OSHA đã đưa khuyến nghị rằng chỉ nên làm việc 8h/ngày trong môi trường có đến 1 mg nickel/m3 không khí.
Bạn cần đeo khẩu trang tại các phân xưởng gia công kim loại, nhà máy, cần rửa tay trước khi ăn và chọn thực phẩm sạch để tránh hấp thụ quá nhiều các nguyên tố vi lượng (như nickel) vào cơ thể.
Nếu hàm lượng nickel trong cơ thể cao hơn mức tự nhiên sẽ gây hại cho con người, bao gồm: ảnh hưởng đến gen, ung thư, ảnh hưởng đến hệ miễn dịch hoặc sinh con dị dạng (quái thai).
Ngoài ra, một số người còn có thể dị ứng với thực phẩm có chứa nhiều nickel, hoặc là trang sức mạ nickel. Biểu hiện có thể là nổi mẩn đỏ, hoặc ngứa da.
Niken có bị nam châm hút, có nhiễm từ không?
Một trong số những câu hỏi về niken được thắc mắc nhiều nhất chính là niken là một nguyên tố kim loại vậy niken có bị nam châm hút không?
Câu trả lời là có vì đây là một trong số ít kim loại bị nhiễm từ, nguyên nhân chủ yếu là do nó có cấu trúc tinh thể và trong cấu trúc phân tử thì có rất nhiều các electron tự do.
Niken có bị gỉ, bị oxi hóa không?
Chúng ta có thể nghe niken chống được oxi hóa, nhờ niken mà thép không gỉ chống chịu ăn mòn tốt hơn.
Thực chất, niken vẫn bị oxi hóa, nhưng với tốc độ rất rất chậm và có thể xem như là không bị oxi hóa. Ngoài ra, lớp niken oxit được hình thành bên ngoài sẽ bảo vệ, ngăn oxi tiếp xúc với niken nằm bên trong.
Niken có đắt không?
Niken rất đắt. Tuy hàm lượng không quá cao, nhưng niken lại là một trong những thành phần đắt nhất của ống inox – thép không gỉ, ống inox 304, ống inox 316. Sự tăng giảm giá của niken có thể ảnh hưởng đến khoảng 30% – 50% giá thành của thép không gỉ.
Vì sao niken lại đắt? chủ yếu là do quy luật cung cầu của thị trường, chi phí khai thác, chi phí sản xuất, vấn đề chiến tranh trên thế giới. Trong khi nhu cầu về niken của thị trường ngày càng tăng cao nhưng trữ lượng niken trên thế giới lại có hạn không thể đáp ứng được hết vì vậy mà giá của niken luôn được đẩy lên cao. Theo Inox Quang Minh, giá của niken cao đồng nghĩa với việc các loại vật liệu như thép không gỉ, inox cũng luôn biến động với giá cả bất ngờ.
Đọc thêm bài viết Thép Ferritic là gì? Để có thêm thông tin nhằm chọn được cho mình sản phẩm phù hợp nhé!
