Nickel- & Speziallegierungen

Über den Werkstoff

Nickel- und Speziallegierungen kommen überall dort zum Einsatz, wo klassische Edelstähle an ihre Grenzen stossen – etwa bei extremen Temperaturen, in hochaggressiven chemischen Medien oder bei Bauteilen mit höchsten Anforderungen an Festigkeit und Massstabilität.

Ihre besonderen Eigenschaften entstehen durch die gezielte Kombination von Nickel mit weiteren Elementen wie Chrom, Molybdän, Niob, Eisen oder Kobalt. Dadurch lassen sich Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit, Wärmeausdehnung, Festigkeit und Verformbarkeit in einem breiten Spektrum einstellen.

Studer-Biennaform verarbeitet diese Hochleistungswerkstoffe zu kaltgewalztem Präzisionsflachdraht mit engsten Toleranzen – für Anwendungen in der Medizintechnik, der Uhren- und Feinmechanik, der Luft- und Raumfahrt sowie in der Energie- und Verfahrenstechnik.

Nickel-Eisen-Legierungen

Nickel-Eisen-Legierungen wie Alloy 42 (Werkstoff-Nr. 1.3917, ca. 42 % Ni) und Alloy 36 36 (1.3912, ca. 36 % Ni) zeichnen sich durch einen extrem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aus. Sie werden überall dort eingesetzt, wo höchste Massstabilität bei Temperaturschwankungen gefordert ist.

Mechanisch liegen diese Fe-Ni-Legierungen im mittleren Festigkeitsbereich – typischerweise bei 500–700 MPa Zugfestigkeit. Sie sind gut formbar, aber durch Wärmebehandlung kaum härtbar. In der Regel werden sie duktil-glühend geliefert. Ein Nachteil gegenüber rostfreien Stählen ist die fehlende Chrompassivierung, wodurch ihre Korrosionsbeständigkeit begrenzt ist. In feuchter Umgebung kann es zum Anlaufen oder zur Rostbildung kommen.

Typische Einsatzbereiche sind:

• Uhrenindustrie: Alloy 36 und Alloy 42 werden für Pendelfedern, Unruhspiralen und temperaturunabhängige Steuerteile eingesetzt, um die Ganggenauigkeit zu sichern.
• Präzisionsmesstechnik: In Interferometern, Massstäben oder Laborwaagen verhindern Alloy 36-Stäbe oder -Bänder unerwünschte Längenänderungen und sichern höchste Messgenauigkeit.
• Elektronik: Alloy 42 dient in Glas-Metall-Durchführungen (z. B. Hermetik-Gehäuse für Transistoren oder Sensoren), da sein Ausdehnungsverhalten optimal an Glas angepasst ist – das ermöglicht dichte und zuverlässige Versiegelungen.
• Optische Systeme und Raumfahrttechnik: Alloy 36-Legierungen kommen in Rahmen, Halterungen oder Trägersystemen optischer Geräte (z. B. Laserresonatoren, Teleskope, Satellitenantennen) zum Einsatz, um thermisch bedingte Verformungen zu minimieren.
• Geodäsie: In Messlatten mit Alloy 36-Bandmass verhindert die extrem niedrige Ausdehnung Längenfehler bei Temperaturwechseln – ideal für Präzisionsnivellements.

Nickel-Eisen-Legierungen sind damit überall dort erste Wahl, wo mechanisch moderat beanspruchte, aber geometrisch hochstabile Komponenten benötigt werden.

Nickelbasislegierungen

Nickelbasislegierungen – bekannt unter Markennamen wie Hastelloy oder Inconel – bieten eine herausragende Kombination aus Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit. Sie enthalten mindestens 50 % Nickel und sind je nach Legierungstyp mit weiteren Elementen wie Chrom, Molybdän, Eisen, Niob, Wolfram, Aluminium, Titan oder Kobalt kombiniert.

Ein vielseitiger Vertreter ist Hastelloy C-276 (Werkstoff-Nr. 2.4819), eine Ni-Cr-Mo-W-Legierung. Sie gilt als Referenzwerkstoff für stark korrosive Umgebungen, insbesondere bei Anwesenheit von Chloridionen. Die hohe Nickel- und Molybdänkonzentration verhindert wirksam Loch- und Spaltkorrosion – selbst in gemischten Säuren.

Inconel 625 (2.4856) ist eine Ni-Cr-Mo-Legierung mit ausgezeichneter Oxidationsbeständigkeit und hoher mechanischer Festigkeit bis ca. 980 °C. Eine beständige Chromoxidschicht schützt die Oberfläche auch unter thermischer Belastung.

Inconel 718 (2.4668) enthält zusätzlich Niob sowie Aluminium und Titan. Durch Ausscheidungshärtung erreicht es extrem hohe Festigkeitswerte – bis etwa 1400 MPa – bei gleichzeitig guter Warmfestigkeit und Zähigkeit.

Nickelbasislegierungen sind nicht nur fest und zäh im Warmbereich, sondern auch extrem widerstandsfähig gegen chemische Angriffe durch Säuren, Laugen, Chloride oder H₂S. 

Typische Anwendungsbereiche:

• Chemie- und Verfahrenstechnik: Reaktoren, Ventile, Pumpen in heissen, aggressiven Medien
• Pharma-/Biotech-Industrie: z. B. Hastelloy C-276 in Chlorid- und Säureumgebungen
• Abgasreinigung: Anlagen zur Entschwefelung von Industrieabgasen
• Luft- und Raumfahrt: Inconel 625 für Flugzeug-Abgasanlagen; Inconel 718 für Turbinenschaufeln, Verdichterräder, Triebwerksgehäuse
• Offshore- und Energieanlagen: Ventile, Bohrköpfe (sour gas), Gasturbinen, Kraftwerkskessel
• Hochtemperaturtechnik: Federn, Schrauben, Dichtungen, Sensorhülsen
• Kerntechnik: Reaktorkomponenten mit Korrosionsbeständigkeit unter Strahlungseinfluss

Nickelbasiswerkstoffe ermöglichen den zuverlässigen Betrieb unter extremen Bedingungen – dort, wo herkömmliche Werkstoffe nicht mehr ausreichen.

Hitzebeständige Nickellegierungen

Für Anwendungen mit extrem hohen Temperaturen – über etwa 1000 °C – wurden spezielle Nickel-Chrom-Legierungen entwickelt. Dazu zählen klassische Heizleiterlegierungen wie NiCr 60/15 (Werkstoff-Nr. 2.4867) und NiCr 80/20 (2.4869) mit einem Nickelgehalt von etwa 60–80 % sowie der hochwarmfeste Werkstoff Alloy 80A / NiCr20TiAl, der zusätzlich Titan und Aluminium enthält.

Diese Legierungen kombinieren eine hohe Oxidationsbeständigkeit mit hervorragender thermischer Gefügestabilität. Sie behalten ihre Form und Struktur auch bei langanhaltender Glühbelastung. Darüber hinaus sind sie gute elektrische Leiter im erhitzten Zustand – genauer gesagt: Sie weisen einen stabilen spezifischen Widerstand auf, was für den Heizbetrieb entscheidend ist. Ebenso zeigen sie eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen schnelle Temperaturwechsel (Thermoschock) und bleiben auch unter zyklischer Belastung massstabil.

Typische Einsatzbereiche sind:

• Ofen- und Heizungsbau: Heizdrähte und -bänder für Industrieöfen, Toaster, Haartrockner, Keramikstrahler
• Thermoelektrische Anwendungen: Heissleiterwiderstände, Glühkerzen, Temperaturfühler
• Hochtemperatur-Schrauben und Kleinteile, bei denen Oxidationsbeständigkeit und thermische Stabilität gefordert sind

Nickel-Chrom-Legierungen sind damit erste Wahl für metallische Komponenten, die bei hohen Temperaturen elektrisch belastet oder mechanisch stabil bleiben müssen.

Kobaltbasierte Speziallegierung

Phynox ist eine auf Kobalt-Chrom-Nickel basierende Legierung mit einem einzigartigen Eigenschaftsprofil. Sie kombiniert Biokompatibilität, Nicht-Magnetisierbarkeit, hohe Korrosionsbeständigkeit und exzellente mechanische Leistungsfähigkeit – insbesondere unter zyklischer Belastung.

Im ausgehärteten Zustand erreicht Phynox Zugfestigkeiten von über 1500 MPa – vergleichbar mit hochwertigen Federstählen – und bleibt dennoch ausreichend duktil. Die Härte kann zusätzlich durch gezielte Alterungsbehandlungen gesteigert werden, was den Werkstoff besonders geeignet macht für hochbeanspruchte Federn, Clips und Implantatteile. Die Legierung zeichnet sich zudem durch eine aussergewöhnlich hohe Dauerfestigkeit aus: Phynox-Federn überstehen sehr hohe Biegewechselzahlen, ohne dass es zur Ermüdungsrissbildung kommt.

Die Korrosionsbeständigkeit ist ebenfalls hervorragend. Phynox widersteht Körperflüssigkeiten, Meerwasser und zahlreichen Chemikalien ähnlich zuverlässig wie Edelstahl. Es ist nicht magnetisch, sterilisierbar, nicht entflammbar und zeigt keine Ausgasung – ideal für sensible Umgebungen. Über einen breiten Temperaturbereich hinweg bleibt die Werkstoffperformance stabil. Die Legierung lässt sich im nicht ausgehärteten Zustand gut bearbeiten, schweissen und löten.

Ursprünglich für die Medizintechnik entwickelt, findet Phynox heute ein breites Anwendungsspektrum:

• Medizintechnik: Chirurgische Instrumente, Stents, Herzklammern, Implantate, Zahnarztwerkzeuge
• Uhren- und Feinmechanik: Spiralfedern (z. B. Unruhfedern in mechanischen Uhren), dank Nicht-Magnetisierbarkeit und Alterungsbeständigkeit
• Mess- und Sensortechnik: Schwing- und Clipfedern, Membranen in Geräten mit hohen Ermüdungsanforderungen
• Luft- und Raumfahrt: Feder- und Verschlussteile, bei denen Korrosionsbeständigkeit und Magnetfreiheit essenziell sind
• Elektrotechnik: Kontaktfedern z. B. in MRT-Anwendungen, wo keine magnetischen Werkstoffe zugelassen sind

Phynox zählt damit zu den leistungsfähigsten Federwerkstoffen überhaupt – ein Werkstoff für höchste Anforderungen in sicherheits- und funktionskritischen Anwendungen.