Никелът е петият най-разпространен елемент на Земята, но търговската му употреба беше ограничена до миналия век поради трудностите при добив и рафиниране. Оттогава развитието на реактивния двигател беше основен катализатор за създаването на никелови сплави, които предлагат метали, съчетаващи устойчивост на счупване с устойчивост на високи температури.
Температурата на топене на никела е 1435 °C, което е значително по-високо от тази на метали като медта (1084 °C) и алуминия (660 °C), но много по-ниско от тази на волфрама (3400 °C). Възможността да функционират при високи температури обаче не зависи само от температурата на топене; в противен случай желязото (1150 °C) или стоманата (1400 °C) щяха да се използват по-широко. Допълнителното свойство на никела и никеловите сплави, което им позволява да работят при високи температури, се дължи на способността им да образуват дебел, стабилен, пасивен оксиден слой при нагряване, който ги предпазва от по-нататъшна корозия. Този оксиден слой може да бъде с дебелина от няколко микрона, в зависимост от температурата и средата, на която е изложен металът. Никеловите сплави също така устояват на карбюриране, когато в присъствието на въглеродни съединения се намират при високи температури, например при разпад на газ в различни химични или рафинерийни процеси.
Механизми на устойчивост
Устойчивостта на високи температури се постига чрез уякчаване на твърдата фаза или чрез втвърдяване чрез преципитация, в зависимост от конкретната сплав. Механизмът на уякчаване на твърдата фаза работи чрез добавяне на атоми от легиращия елемент в кристалната решетка на никела. Това нарушава кристалната структура и затруднява деформацията чрез забавяне или блокиране движението на „дислокациите“. Елементи като молибден се добавят в Inconel 625 (Alloy 625, UNS N06625, 2.4856), за да подобрят постигнатото ниво на устойчивост.
При втвърдяване чрез преципитация, малки количества ниобий, титаний и алуминий се свързват с никела, образувайки интерметалните преципитати. Тези преципитати се формират по време на крайния топлинен процес, известен като стареене. Преципитатите също забавят движението на дислокациите в кристалната структура, увеличават устойчивостта и твърдостта. При по-високи температури този механизъм също намалява вероятността от пълзене, което се използва в аерокосмическите приложения. Никеловите сплави, използващи уякчаване чрез преципитация, включват Inconel 718 (Alloy 718, UNS N07718, 2.4668), Inconel 725 (Alloy 725, UNS N07725), Incoloy 925 (Alloy 925, UNS N09925-K-50) и Monel K-500 N05500, 2,4375).
Тъй като никелът лесно се легира с много други метали, е възможно да се подобри устойчивостта на корозия и други физични свойства, освен здравината. Хромът и молибденът често се добавят за повишаване на устойчивостта на корозия и окисляване, като молибденът е известен с това, че подобрява устойчивостта на локализирана корозия, особено на точки. Медта също се използва в Incoloy 825, за да увеличи устойчивостта към редуциращи киселини като сярна, фосфорна и солна киселина.
| Материал | Температура на топене °C | Работна температура и температурен диапазон (°C) |
| Inconel HX | 1260 | 1260 – 1355 |
| Alloy 718 | 1260 | 1260 – 1336 |
| Monel 400 | 1300 | 1300 – 1350 |
| Nimonic 90 | 1310 | 1310 – 1370 |
| Incoloy 925 | 1311 | 1311 – 1366 |
| Monel K500 | 1315 | 1315 – 1350 |
| Nimonic 80A | 1320 | 1320 – 1365 |
| Alloy C 276 | 1325 | 1325 – 1370 |
| Incoloy DS | 1330 | 1330 – 1400 |
| Nimonic 75 | 1340 | 1340 – 1380 |
| Inconel 625 | 1351 | 1351 – 1387 |
| Inconel 600 | 1354 | 1354 – 1413 |
| Incoloy 800 | 1357 | 1357 – 1385 |
| Incoloy 800H/HT | 1357 | 1357 – 1385 |
| Inconel 601 | 1360 | 1360 – 1411 |
| Incoloy 825 | 1370 | 1370 – 1400 |
| Alloy 330 | 1380 | 1380 – 1420 |
| Inconel X750 | 1390 | 1390 – 1430 |
| Nickel 200/201 | 1435 | 1435 – 1446 |