L'insostituibilità del nichel nei principali settori industriali

Nichelè considerato uno dei metalli strategici più difficili da sostituire nel sistema globale dei materiali metallici. Secondo i dati dell'International Nickel Research Group (INSG), la domanda globale di nichel ha mantenuto un tasso di crescita medio annuo di circa il 4% negli ultimi dieci anni, in particolare nei settori delle leghe ad alta temperatura, della protezione dalla corrosione e delle nuove energie, mostrando una tendenza strutturale al rialzo. A differenza della maggior parte dei metalli, il valore del nichel non si riflette solo nelle sue singole prestazioni, ma anche nel suo ruolo di elemento di rafforzamento fondamentale nei "sistemi di materiali per condizioni di lavoro estreme", rendendolo davvero insostituibile in molteplici settori.

I motori aeronautici sono una delle apparecchiature che richiedono più materiali nell'industria moderna e le leghe ad alta temperatura a base di nichel- dominano quasi l'intero sistema di turbine a gas. Secondo i dati tecnici pubblicamente disponibili di GE e Rolls Royce, circa il 50-60% dei moderni motori aeronautici sono composti da leghe ad alta temperatura a base di nichel, con pale di turbina, camere di combustione, ugelli e altri componenti particolarmente dipendenti dal nichel.
L'importanza dell'applicazione del nichel nelle leghe ad alta-temperatura risiede in:

• I materiali di supporto mantengono la stabilità dei tessuti in ambienti superiori a 1100 gradi;
• Forniscono una resistenza al creep molto superiore a quella delle leghe a base di ferro-e a base di cobalto;
• Garantisce la resistenza alla fatica termica in caso di carico ciclico a lungo-termine.

Nell'attuale sistema metallico, non esiste materiale che possa raggiungere contemporaneamente il livello delle leghe a base di nichel in termini di resistenza alle alte-temperature, resistenza all'ossidazione e stabilità. Pertanto, la dipendenza dal nichel nell'industria aerospaziale appartiene al "livello strutturale insostituibile".

Il nichel svolge un ruolo insostituibile nella produzione di energia nucleare, energia da idrogeno, petrolio e gas e apparecchiature per lo scambio di calore ad alta-temperatura. I dati del settore mostrano che circa il 25% -30% dei tubi dei generatori di vapore nelle centrali nucleari in tutto il mondo utilizzano leghe a base di nichel (principalmente serie Inconel). Il nichel può mantenere la stabilità in ambienti ad alta-pressione, irradiati e con vapore acqueo ad alta temperatura, sopprimendo in modo significativo i fenomeni di tensocorrosione (SCC) e infragilimento da idrogeno.
Inoltre, le leghe a base nichel svolgono un ruolo cruciale nei seguenti campi:

• Oleodotti e gasdotti ad alto contenuto di zolfo (resistenti allo stress cracking da solfuri)
• Apparecchiature per l'energia all'idrogeno (resistenti alla permeazione dell'idrogeno)
• Sistema di scambio di calore ad alta temperatura (con stabilità molto più elevata rispetto ai materiali in acciaio inossidabile)

Queste richieste sono in continua crescita con l’adeguamento della struttura energetica e stanno anche spingendo il nichel a diventare il metallo principale nella catena di produzione delle apparecchiature energetiche.

Nel campo delle batterie elettriche l’insostituibilità del nichel è altrettanto significativa. Secondo le statistiche del Korea Battery Research Institute, il contenuto di nichel nel sistema ternario ad alto contenuto di nichel (NCM811, NCA) rappresenta oltre l'80% del materiale dell'elettrodo positivo. Nell’attuale sistema di batterie al litio, il cobalto è sostituibile, ma il nichel è insostituibile perché il nichel determina direttamente:
Limite superiore della densità di energia
Costo della capacità unitaria
prestazione ciclica
Mentre i nuovi veicoli energetici si avviano verso l’era della lunga durata, l’uso di materiali ad alto contenuto di nichel continuerà ad aumentare, rafforzando ulteriormente la posizione strategica del nichel.

Nei sistemi metallici speciali di fascia alta-come niobio, tantalio e zirconio, il nichel come elemento di lega può migliorare significativamente la stabilità dei materiali in ambienti corrosivi e ad alta temperatura. Ad esempio, le leghe di nichel niobio e nichel zirconio sono diventate materiali comuni nelle apparecchiature di tipo nucleare, nei dispositivi elettronici sotto vuoto e nei sistemi di reazione chimica.
L’aggiunta di nichel può apportare:

• Migliore stabilità della saldatura
• Temperatura antiossidante più elevata
• Maggiore durata
• Migliore resistenza alla tensocorrosione

Ciò rende il nichel non solo un metallo di base, ma anche un elemento chiave di rafforzamento strutturale nei sistemi di materiali metallici rari.

Sia in ambienti ad alta temperatura superiore a 1100 gradi o in condizioni di lavoro estreme di forte corrosione, radiazioni e stress, il nichel mostra prestazioni complete che altri metalli non possono soddisfare. La sua unicità non si riflette solo nella resistenza alle alte temperature e alla corrosione, ma anche nel suo sistema industriale maturo, nell'affidabilità ingegneristica verificata a lungo-termine e nella base di applicazioni su larga-scala.

Con il continuo miglioramento dei settori aerospaziale, delle nuove energie, delle apparecchiature chimiche, del nucleare e dell'energia dell'idrogeno, il valore strategico e l'insostituibilità del nichel diventeranno più importanti e continuerà a diventare un'importante base metallica nel campo manifatturiero-di fascia alta.