镍与铁

镍具有良好的机械性能和真空性能，有较好的化学稳定性，很好的点焊性能，所以镍是电真空工业中应用很广的材料，在收讯放大电子管中，镍更是主要的结构材料，常被用来制作阳极、栅极、阴极及其它零件。铁的性质与镍相近，但不如镍。然而由于铁的价格低廉，所以有很大吸引力，在许多地方设法代替镍。现将两者放在一起介绍，以便于进行比较。

一、机械性能

镍的抗拉强度较高，比铁、铜、铝都高，它有好的延展性和韧性，可以方便地进行各种机械加工。冷加工引起的加工硬化，可以通过退火处理来消除。图1中画出了经过加工变形后的镍、铁（含C0.08%）、铜、铝的室温抗拉强度、延伸率随退火温度的变化。镍在550-640^oC开始再结晶。一般镍零件的退火温度是700-750^oC退火后晶粒细小。高于800^oC时，由于晶粒长大，镍材变脆，所以镍制零件的工作温度一般不能超过800^oC。镍在高温下强度降低，故只适宜于制作热负荷不太高的零件。

杂质硫对镍的机械性能影响很大。硫与镍能生成Ni₃S₂，其熔点为788^oC；它与镍还能结成低共熔晶体（其低共熔点仅644^oC，分布于镍的晶粒之间，包围于晶粒周围，削弱了晶粒之间的结合力，并当升温到红热时，使镍材脆裂，发生所谓“红脆”现象。所以一般镍中含硫量应少于10ppm。当镍在气体中加热处理时，也应尽量避免与SO₂、H₂S等气体接触。为了降低硫的有害作用，有时故意在镍中引入少量的锰或镁，它们能夺取硫而生成细粒状的比镍难熔的MnS等，它们存在于晶粒之间的破坏作用就小得多了。

图1   镍、铁、铜、铝的机械性能随退火温度的变化

铁有二种结晶结构，即aFe（体心立方）和yFe（面心立方）。aFe是在低于912^oC及在1394-1540^oC（熔点）之间存在，yFe是在912-1394^oC之间存在。铁的机械性能与含碳量多少的关系很大，极限拉伸强度、硬度、屈服强度都随着含碳量增加而增大，延伸率、热膨胀系数则随之减少。用来制造电真空器件内部零件的主要是纯铁或低碳钢，它们的机械性能与镍相近。铁的加工硬化也可以通过退火来消除，铁在500^oC开始再结晶，参见图1。

二、化学性能

常温下镍在空气或湿汽中都是稳定的，所以镍制零件在生产过程中的存放比较方便。铁在干燥空气中常温下也是稳定的，但在有水汽存在时，很快就使铁的表面生锈，发生如下的化学反应：

4Fe+2H₂O+3O₂(溶于水中的氧)===2(Fe₂O₃·H₂O)

Fe₂O₃·H₂O是一层脆而多孔的物质，水汽能继续不断地往里渗透与铁起作用。所以相比之下，洁净的铁制零件的存放就比较困难了。

温度高于400^oC时，在镍的表面开始形成薄的氧化层，800^oC时生成绿色的氧化亚镍（NiO）。铁则在较低的温度下就与氧生成FeO和Fe₂O₃，铁的氧化速率大大超过镍，约为镍的800-1000倍。NiO和FeO都是碱性氧化物，易溶于酸，不溶于碱，因此氧化性强的硝酸对镍、铁的作用迅速，而碱溶液对镍、铁不起作用。

氯化物的残迹很易使铁生锈，这是由于氯离子很易破坏铁表面的氧化层保护膜，故在拿取洁净的铁零件时必须防止沾上手汗，因为手汗中常含有氯化钠。

镍表面的氧化层很容易在氢气中加热分解，而铁的氧化物则比较困难。铁与汞不起作用，这是铁的优点，所以贮存汞的容器都是铁制的，充汞器件中的零件也可采用铁来制作。

三、真空性能

镍和铁都能吸收少量的氢。氢在镍中的溶解量高于铁和铜，氢还能以原子状态渗透通过镍或铁。镍和铁能吸收一氧化碳和少量的氮。在真空中加热时，镍中吸收的氢气很客易放出，CO则较难放出。铁的去气要比镍困难得多，即使是经过高温去气处理的铁，在工作时仍会继续放出气体，主要成分还是一氧化碳、氮和氢，所以铁的真空性能远不如镍。

镍和铁在居里点以下都是铁磁性材料，可以作磁屏蔽或极靴之用。由于磁致伸缩效应，它们在居里点附近热膨胀系数会有突变。

铁能耐受离子轰击，阴极溅射比镍小，所以它适用于制作气体放电管中的零件。另外，由于铁在800^oC时的电阻温度系数大（0.0147/^oC），细的纯铁丝可以作为稳流管的灯丝。

综合各方面的性能，铁除了有一些特有的性能之外，它的化学稳定性、真空性能皆不如镍，这是用铁替代镍时的主要问题。但铁因价格低而仍然具有吸引力，所以出现了表面镀一层镍的镀镍铁，或覆一层铝的覆铝铁等代用材料，它们将在以后述及。

常用的镍和铁的牌号、成分和主要用途见表1

表1  常用镍、铁的牌号和主要成分