Seit Mitte des 19. Jahrhunderts, nachdem M. Faraday ein Verfahren zur galvanischen Vernickelung vorgestellt hatte, gewinnt Nickel zunehmend an Bedeutung.
Nickel ist vor allem als ein wichtiges Legierungselement für Stahl bekannt und es wird zum größten Teil in der Stahlindustrie verwendet. Nickel findet aber auch als Rein- bzw. als Basismetall für Legierungen in vielen Bereichen technische Anwendung. Zudem ist Nickel ein bekannter Beschichtungsstoff für galvanische Überzüge (Abb. 1a), bei denen es den eigentlich wirksamen Korrosionsschutz unter Chromüberzügen sichert.

Eigenschaften von Nickel

Wichtige physikalische und mechanische Kennwerte des reinen Nickels sind in Tab. 1 aufgelistet. 

Tab. 1 Kennwerte von reinem Nickel                                                                                                                            

Angaben zu mechanischen Eigenschaften sind Orientierungswerte

Nickel ist ein Schwermetall mit hoher Schmelztemperatur. Es kommt in der Natur selten und hauptsächlich in gebundener Form vor. Das Normalpotential von Nickel ist zwar negativ (vgl. Tab. 1), aber durch Passivierung hat das Metall eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit. Auf dieser Eigenschaft beruht die typische Anwendung von reinem Nickel, z.B. für Batterien (Abb. 1b). Die Festigkeit von Nickel ist gut und vergleichbar mit der von unlegierten Baustählen, seine Verformbarkeit ist jedoch wesentlich höherer. Nickel kristallisiert im kubisch-flächenzentrierten Gitter. Aus diesem Grund lässt sich Nickel gut kaltumformen, wobei es sich auch sehr stark verfestigt. Nickel ist bis zu einer Temperatur von 360°C ferromagnetisch. Das Metall bildet leicht Legierungen mit Eisen, Kupfer, Mangan und anderen Metallen. 

                                           Abb.1 Anwendungsbeispiele für Nickel a) vernickelte Stahlschraube, b) Streifen aus reinem Nickel für Batterie

Gewinnung von Nickel

Während der Anteil von Nickel in der Erdkruste nur bei ca. 0,009 % liegt, wird allgemein angenommen, dass die Erde einen Kern aus Eisen und Nickel hat. Elementar kommt Nickel in der Natur nur in Meteoriten vor. Nickel ist häufig mit Kobalt und Edelmetallen wie Gold und Silber vergesellschaftet. Zumindest in kleinen Mengen kommen seine Mineralien praktisch überall vor. Sulfidischer Nickel-Magnetkies ist ein bedeutendes Nickelerz, das in abbauwürdigen Mengen u.a. in Kanada vorkommt.
In den meisten Fällen wird Nickel durch das Erhitzen von Nickel-Magnetkies gewonnen. Dabei werden die sulfidischen Verbindungen in oxidische umgewandelt. Die Oxide werden wiederum mit Säure behandelt, die nur mit Eisen und nicht mit Nickel reagiert. Die komplexen Trennvorgänge und die hohe Affinität von Nickel zu Schwefel und Wasserstoff verursachen Schwierigkeiten bei seiner Gewinnung, die den hohen Preis des Metalls bedingen. Für die Stahlherstellung genügt meist die Aufarbeitung zu Ferronickel (FeNi25 oder FeNi55). 

Einteilung und Bezeichnung von Nickelwerkstoffen

Die wichtigsten Legierungselemente für Nickel sind Kupfer, Chrom, Eisen, Kobalt und Molybdän. Infolge der durch Legieren erzielten besonderen Eigenschaften werden Nickelwerkstoffe in magnetische Werkstoffe, Heizleiterwerkstoffe, korrosionsbeständige Werkstoffe und hochwarmfeste Legierungen eingeteilt. Daraus ergeben sich auch typische Einsatzgebiete dieser Werkstoffe.
Nickelwerkstoffe werden mithilfe von Kurzzeichen aus chemischen Symbolen der Elemente gekennzeichnet. Ein festgelegtes Bezeichnungssystem gibt es nicht, oft werden Handelsnamen benutzt, z. B. „Monel“ für Nickel-Kupfer-Legierungen oder „Inconel“ für Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen.

Magnetische Nickelwerkstoffe

Als weichmagnetische Werkstoffe werden Nickel-Eisen-Legierungen eingesetzt. Sie lassen sich leicht, mitunter auch hoch, magnetisieren und verlustarm unmagnetisieren. Als hartmagnetische Werkstoffe zur Erzeugung von Dauermagneten werden Nickel-Eisen-Kobalt-Legierungen verwendet.

Heizleiterwerkstoffe

Heizleiterwerkstoffe für die Wärmetechnik gehören auch zur Gruppe der elektrischen Widerstandswerkstoffe. Sie müssen neben dem hohen elektrischen Widerstand auch eine gute Zunderbeständigkeit aufweisen. Diese Eigenschaften haben Nickel-Chrom-Legierungen (z. B. NiCr20), die bis etwa 1200 °C in elektrischen Widerstandsöfen verwendet werden können.

Korrosionsbeständige Nickelwerkstoffe

Korrosionsbeständige Legierungen für die Verfahrenstechnik enthalten hauptsächlich Kupfer und Chrom. Die bekannteste Legierung der Gruppe ist NiCu30 (Monel 400). Sie kann schon bei der Verhüttung bestimmter Erze entstehen. Monel 400 ist sehr gut gegen Salzlösungen sowie gegen nicht oxidierende Säuren wie z. B. Salzsäure beständig. Eine noch bessere Korrosionsbeständigkeit weisen Nickel-Chrom-Legierungen auf, die korrosionsbeständiger als austenitische Stähle (Abschn. 5.9.3) sind. Beispielsweise ist die Legierung NiCr22Mo9Nb nahezu gegen alle Säuren, also auch gegen Salpetersäure und Phosphorsäure, resistent. 

Hochwarmfeste Legierungen und Superlegierungen

Für den Kraftwerksbau müssen sich geeignete Werkstoffe zusätzlich zu guter Korrosionsbeständigkeit auch durch eine hohe Warmfestigkeit auszeichnen. Hochwarmfest sind Nickel-Chrom-Legierungen mit Zusätzen von Titan und Aluminium (z. B. NiCr20Ti). Durch diese Zusätze kann man diese Legierungen aushärten und dadurch ihre Festigkeit erheblich erhöhen. 
Einige Nickelwerkstoffe werden Superlegierungen ( siehe dazu Superlegierungen) genannt. Der Name Superlegierung deutet auf einen Werkstoff hin, dessen Einsatztemperaturen wegen seiner erhöhten Warmfestigkeit höher liegen als die herkömmlicher Stähle. Polykristalline Superlegierungen erreichen Einsatztemperaturen von ungefähr 80% des Schmelzpunktes, einkristalline Legierungen etwa 90% des Schmelzpunktes. Der Hauptvorteil der Nickelbasis-Superlegierungen besteht in ihrer hohen Kriechbeständigkeit. Ab etwa 550 °C sind sie diesbezüglich den warmfesten Stählen überlegen. Diese hohe Warmfestigkeit wird durch eine gezielte Mischung verschiedener Härtungsmethoden erreicht. So hat die Legierung NiW11AlCr eine Warmfestigkeit von 170 MPa bei einer Temperatur von 950 °C und einer Zeit von 1000 Stunden, dagegen darf der hochwarmfeste Stahl X10NiCrMo49-22-9 bei gleicher Temperatur und Zeit nur mit maximal 20 MPa belastet werden. Da außerdem die Korrosionsbeständigkeit von Superlegierungen durch Bildung einer undurchlässigen Oxidschicht sehr hoch ist, sind sie als Konstruktionswerkstoffe in Gasturbinen von Kraftwerken und in Flugzeugturbinen sehr gut geeignet. 

Anwendung von Nickelwerkstoffen

Dank seiner guten Eigenschaften ist Nickel ein vielseitig einsetzbares Metall. Am bedeutendsten ist jedoch sein Einsatz als Legierungselement bei Stählen. Schon geringe Nickelzusätze erhöhen die Festigkeit und Zähigkeit von Stahl. Mehr als die Hälfte des weltweiten Nickelbedarfs dient zur Herstellung korrosionsbeständiger Stähle. Die Hochleistungs- und Superlegierungen auf der Basis von Nickel werden für besonders anspruchsvolle Anwendungen eingesetzt: in der chemischen und petrochemischen Industrie, in der Energie- und Umwelttechnik, in Luft- und Raumfahrt sowie in der Elektrotechnik und Elektronik. 
Basierend auf Superlegierungen wurden neue Hochleistungswerkstoffe entwickelt, die in der Abwassertechnik, Ölfeldtechnik, bei Rauchgasentschwefelungsanlagen, Gasturbinen und Reaktoren verwendet werden. Auch bei der Einführung des Euro spielt Nickel eine entscheidende Rolle. Die Ein- und Zwei-Euromünzen werden aus nickelhaltigen Materialien hergestellt, die ein hohes Maß an Automaten- und Fälschungssicherheit gewährleisten.
Nickel-Legierungen werden hauptsächlich als Knetlegierungen verwendet, da die Herstellung von Gussteilen wegen der großen Affinität flüssigen Nickels zu Schwefel und Wasserstoff sehr schwierig ist.<<