Mikä on nikkeli? Ominaisuudet, kemiallinen merkki ja käyttö

Nikkeli on metallinen alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Ni ja järjestysluku 28. Se tunnetaan erityisesti korroosionkestävyydestä, sitkeydestä ja kyvystä muodostaa käyttökelpoisia seoksia monien muiden metallien kanssa. Nikkeliä käytetään laajasti esimerkiksi ruostumattomassa teräksessä, korkean lämpötilan metalliseoksissa, akuissa ja erilaisissa pinnoitteissa. Tässä artikkelissa keskitytään nikkeliin materiaalina: mitä nikkeli on, millaisia ominaisuuksia sillä on ja miksi sitä käytetään niin monessa teollisessa sovelluksessa.

Mitä nikkeli on?

Nikkeli kuuluu siirtymämetalleihin. Puhdas nikkeli on kiiltävä, vaalean hopeanharmaa metalli, joka on huoneenlämmössä kiinteä ja magneettinen. Se ei ole kevytmetalli: nikkelin tiheys on noin 8,9 g/cm³, joten saman kokoinen nikkeliosa on selvästi painavampi kuin esimerkiksi alumiiniosa. Toisaalta nikkelin ominaisuudet eivät perustu vain sen lujuuteen tai painoon, vaan ennen kaikkea siihen, miten se käyttäytyy seoksissa, korroosiossa ja korkeissa lämpötiloissa.

Kemiallinen merkki Ni tulee nikkelin kansainvälisestä nimestä nickel. Suomenkielessä alkuaineen nimi on nikkeli ja englanniksi nickel. Kun teknisissä taulukoissa, materiaalitodistuksissa tai metalliseosten koostumuksissa näkyy lyhenne Ni, sillä viitataan nikkelin määrään tai nikkeliin alkuaineena.

Nikkelin tärkeimmät ominaisuudet

Korroosionkestävyys on yksi nikkelin tunnetuimmista teknisistä ominaisuuksista. Nikkelin pinta reagoi ympäristön kanssa tavalla, joka voi hidastaa materiaalin jatkuvaa syöpymistä monissa käyttöolosuhteissa. Siksi nikkeliä käytetään sekä varsinaisena seosaineena että pintamateriaalina. Korroosionkestävyys ei kuitenkaan ole sama kaikissa kemikaaleissa, lämpötiloissa tai seoskoostumuksissa, joten materiaalivalinta tehdään aina käyttökohteen mukaan.

Sitkeys ja muokattavuus tekevät nikkelistä hyödyllisen metallurgisen raaka-aineen. Nikkeliä voidaan valssata, vetää ja muokata, ja se pystyy parantamaan monien metalliseosten mekaanisia ominaisuuksia. Se on yksi syy siihen, miksi nikkeliä tavataan niin usein vaativissa teräs- ja erikoismetalliseoksissa eikä pelkästään puhtaana metallina.

Lämmönkestävyys korostuu erityisesti nikkelipohjaisissa superseoksissa. Kun komponentin täytyy säilyttää lujuuttaan ja kestää hapettumista korkeissa lämpötiloissa, nikkeli voi olla tärkeä osa seoksen rakennetta. Tällaisia materiaaleja käytetään esimerkiksi energiantuotannon ja ilmailun vaativissa osissa. Käyttö perustuu kuitenkin aina koko seoksen ominaisuuksiin, ei pelkästään nikkelin määrään.

Magneettisuus erottaa puhtaan nikkelin monista muista yleisistä metalleista. Puhdas nikkeli on ferromagneettinen huoneenlämmössä, mutta magneettitesti ei yksin kerro luotettavasti, sisältääkö jokin esine nikkeliä. Esimerkiksi monet nikkeliä sisältävät ruostumattomat teräkset voivat käyttäytyä magneetin kanssa eri tavoin riippuen seoksen rakenteesta ja käsittelystä.

Missä nikkeliä esiintyy?

Nikkeliä esiintyy luonnossa mineraaleissa ja malmeissa, ei yleensä suurina määrinä puhtaana metallina. Teollisen tuotannon kannalta tärkeät nikkeliraaka-aineet jaetaan usein karkeasti sulfidimalmeihin ja lateriittisiin nikkelimalmeihin. Malmin tyyppi vaikuttaa siihen, millaisilla rikastus- ja metallurgisilla menetelmillä nikkeli erotetaan ja jalostetaan käyttökelpoiseen muotoon.

Nikkeliä on myös kierrätettävissä materiaaleissa, kuten ruostumattomissa teräksissä ja muissa nikkeliseoksissa. Koska metalli ei menetä alkuaineena ominaisuuksiaan pelkän uudelleensulatuksen vuoksi, nikkeliä voidaan palauttaa materiaalikiertoon romusta. Kierrätyksen taloudellinen merkitys riippuu muun muassa seoksen koostumuksesta, metallien markkinatilanteesta ja materiaalin lajittelusta. Ajantasaiset markkinatiedot löytyvät erilliseltä nikkelin hinta -sivulta.

Mihin nikkeliä käytetään?

Nikkelin suurin merkitys näkyy seosmetallina. Kun nikkeliä lisätään rautaan, kromiin, kupariin tai muihin metalleihin, voidaan saavuttaa ominaisuuksia, joita puhtaalla perusmetallilla ei ole. Tavoitteena voi olla esimerkiksi parempi korroosionkestävyys, sitkeys, hitsattavuus tai käyttökelpoisuus korkeissa lämpötiloissa.

Ruostumaton teräs

Nikkeli on tärkeä seosaine monissa ruostumattomissa teräksissä. Se auttaa vakauttamaan tiettyjä teräksen rakenteita ja voi parantaa muun muassa muovattavuutta, sitkeyttä ja korroosionkestävyyttä yhdessä kromin ja muiden seosaineiden kanssa. Kaikki ruostumattomat teräkset eivät kuitenkaan sisällä samaa määrää nikkeliä, ja osa laaduista voi sisältää vain vähän nikkeliä tai olla nikkelittömiä. Aihetta käsitellään tarkemmin artikkelissa nikkeli ruostumattomassa teräksessä.

Nikkelipohjaiset seokset

Nikkelipohjaisia erikoisseoksia käytetään ympäristöissä, joissa tavallinen teräs ei välttämättä riitä. Niitä voidaan käyttää esimerkiksi korkeissa lämpötiloissa, syövyttävissä prosessiympäristöissä ja komponenteissa, joissa materiaalilta vaaditaan pitkää käyttöikää. Nikkeli seostuu hyvin muun muassa kromin, raudan, molybdeenin ja kuparin kanssa, mikä mahdollistaa suuren joukon erilaisia materiaaliratkaisuja.

Akut

Nikkeliä käytetään useissa akkukemioissa. Perinteisiä esimerkkejä ovat nikkeli-metallihydridiakut, ja nikkeliä käytetään myös monien litiumioniakkujen katodimateriaaleissa yhdessä muiden alkuaineiden kanssa. Nikkelin tehtävä ja määrä riippuvat akkukemiasta, joten ilmaisu “nikkeliakku” voi tarkoittaa eri teknologioita. Akkujen kehitys muuttuu nopeasti, joten yksittäisen kennon koostumus kannattaa tarkistaa valmistajan teknisistä tiedoista.

Pinnoitteet

Nikkeliä voidaan käyttää metalliosien pinnalla kulutuskestävyyden, ulkonäön tai korroosiosuojan parantamiseen. Pinnoite voidaan tehdä esimerkiksi elektrolyyttisesti tai kemiallisella nikkelöinnillä. Menetelmät, pinnoitteen paksuus ja pohjamateriaali vaikuttavat lopputulokseen merkittävästi. Käytännön menetelmistä voi lukea lisää oppaasta nikkelipinnoituksen perusteet.

Muut käyttökohteet

Nikkeliä ja nikkeliseoksia käytetään myös sähkö- ja elektroniikkakomponenteissa, lämmitysvastuksissa, kemianteollisuuden laitteissa, kolikoissa sekä erilaisissa kone- ja laiteosissa. Usein nikkeli ei näy valmiissa tuotteessa lainkaan, koska se on osa terästä, seosta tai ohutta pintakerrosta. Siksi nikkelin teollinen käyttö on paljon laajempi kuin pelkistä nikkelistä valmistettujen tuotteiden määrä antaisi ymmärtää.

Miksi nikkeliä käytetään seoksissa eikä vain puhtaana metallina?

Metalliseoksissa voidaan yhdistää eri alkuaineiden hyödyllisiä ominaisuuksia. Puhdas nikkeli on teknisesti käyttökelpoinen materiaali, mutta monissa sovelluksissa parempi kokonaisuus syntyy lisäämällä nikkeliä toiseen metalliin tai rakentamalla nikkelipohjainen seos useasta alkuaineesta. Esimerkiksi kromi voi tuoda lisää hapettumis- ja korroosionkestävyyttä, kun taas molybdeeni tai muut seosaineet voivat parantaa suorituskykyä tietyissä kemiallisissa ympäristöissä.

Tämä on myös syy siihen, miksi pelkkä tieto nikkelipitoisuudesta ei riitä arvioimaan materiaalin ominaisuuksia. Kaksi saman nikkelipitoisuuden omaavaa seosta voivat käyttäytyä eri tavoin, jos muiden alkuaineiden määrät, lämpökäsittely tai metallin mikrorakenne poikkeavat toisistaan.

Miten nikkeli voidaan tunnistaa?

Nikkeliä ei yleensä voi tunnistaa varmasti pelkän värin tai magneetin avulla. Sen ulkonäkö muistuttaa monia muita hopeanharmaita metalleja, ja valmiit tuotteet ovat usein seoksia. Magneetti voi antaa vihjeen puhtaasta nikkelistä tai tietyistä seoksista, mutta se ei ole luotettava koostumusanalyysi.

Kun materiaalin koostumus täytyy tietää tarkasti, käytetään analyysimenetelmiä kuten röntgenfluoresenssia eli XRF-mittausta tai laboratoriossa tehtävää spektrometrista analyysiä. Menetelmän valinta riippuu siitä, kuinka tarkasti eri alkuaineiden pitoisuudet pitää määrittää.

Nikkeli Suomessa ja metallien historiassa

Suomessa nikkelillä on myös oma kaivos- ja teollisuushistoriallinen taustansa. Tämän artikkelin tarkoitus ei ole käsitellä yksittäisiä esiintymiä tai historiallisia tuotantovaiheita, mutta aiheesta kiinnostuneelle on erillinen artikkeli Petsamon nikkelin historiasta. Näin nykyiset materiaalitiedot ja historiallinen näkökulma pysyvät erillään toisistaan.

Usein kysyttyä nikkelistä

Mikä on nikkelin kemiallinen merkki?

Nikkelin kemiallinen merkki on Ni. Nikkelin järjestysluku on 28.

Onko nikkeli magneettinen?

Puhdas nikkeli on ferromagneettinen huoneenlämmössä. Nikkeliä sisältävän seoksen magneettisuus voi kuitenkin olla erilainen, joten magneetti ei yksin riitä materiaalin tunnistamiseen.

Mihin nikkeliä käytetään eniten?

Nikkelin tärkeimpiä käyttökohteita ovat ruostumattomat teräkset ja muut metalliseokset. Lisäksi nikkeliä käytetään muun muassa akuissa, pinnoitteissa, elektroniikassa ja korkean lämpötilan erikoisseoksissa.

Mitä “nikkeli” on englanniksi?

Nikkeli on englanniksi nickel. Kemiallinen merkki Ni on sama kielestä riippumatta.

Yhteenveto: nikkeli on ennen kaikkea monipuolinen seosmetalli

Nikkeli on Ni-merkillä tunnettu alkuaine, jonka käytännön arvo perustuu erityisesti korroosionkestävyyteen, sitkeyteen, lämmönkestävyyteen ja hyvään seostettavuuteen. Sitä käytetään harvoin vain siksi, että tarvitaan “nikkelistä tehty osa”; paljon useammin nikkeli on osa tarkasti suunniteltua terästä, erikoisseosta, akkukemiaa tai pinnoitetta. Kun tarkoitus on arvioida nikkelin ominaisuuksia jossakin tuotteessa, kannattaa siksi tarkastella koko materiaalikoostumusta eikä vain yksittäistä alkuainepitoisuutta.