Kysymys ”Onko nikkeliruoste?”Kattavasti, Selvitämme ensin kriittisen eron: Ruoste on rautaoksidin yleinen termi (Fe₂o₃ tai fe₃o₄), Punaisen ruskean korroosiotuote, joka on yksinoikeudella rauta- ja rautapitoisille seoksille.
Nikkeli, siirtymämetalli, jolla ei ole rautaa puhtaassa muodossaan, ei voi muodostaa ruostetta.
Kuitenkin, nikkeli voi syövyttää - kehittää ohut, suojaavat oksidikerrokset tai, ankarissa ympäristöissä, enemmän vahingollisia yhdisteitä, kuten nikkelihydroksidit tai sulfidit.
1. Ruoste vs. Korroosio: Miksi nikkeli ei voi ruostua
Ydinkysymyksen ratkaiseminen, Meidän on ensin määritettävä keskeiset ehdot:
- Ruoste: Hydratoitu rautaoksidi (ESIM., Feo(VOI)Nh₂o) muodostettu, kun rauta reagoi happea ja kosteutta.
Se on huokoinen, hilseilevä, eikä tarjoa suojaa lisää korroosiota - siksi päällystämättömät teräs ruosteet nopeasti märissä ympäristöissä. - Korroosio: Minkä tahansa metallin sähkökemiallinen hajoaminen sen ympäristön reaktioiden vuoksi.
Muille kuin rautametalleille, kuten nikkelille, Korroosio tuottaa oksideja, hydroksidit, tai suolat, jotka voivat olla suojaavia (passiivinen) tai tuhoisa.
Puhdas nikkeli (On ≥ 99.0%) ei sisällä rautaa, Joten se ei voi muodostaa rautaoksidia (ruoste). Sen sijaan,
Nikkelin korroosiotuotteet ovat pääasiassa nikkelioksidi (Nio), nikkelihydroksidi (Sisä-(VOI)₂), tai nikkelikarbonaatti (NICO₃)—Korjuudet, jotka käyttäytyvät hyvin eri tavalla kuin ruoste.
2. Nikkelin korroosionkestävyys: Passiivinen oksidikerros
Nikkelin maine korroosionkestävyydestä johtuu sen kyvystä muodostaa a ohut, tarttuva passiivinen oksidikerros sen pinnalla - sähkökemiallinen este, joka estää lisäreaktiota ympäristöön.
Näin tämä prosessi toimii:
Passiivisen kerroksen muodostuminen
Kun altistetaan happea (ilma, vettä, tai hapettavia ympäristöjä), nikkeli tapahtuu nopean reaktion: 2In + o2 → 2nio
Tämä NIO -kerros on vain 2–5 nanometriä (nm) paksu (1 nm = 10 metriä)—Valasilmäinen silmämääräinen - mutta tiheästi pakattu ja kemiallisesti stabiili.
Toisin kuin huokoinen ruoste, NIO -kerros tarttuu tiukasti nikkelin pintaan, estää happea ja kosteutta saavuttamasta alla olevaa metallia.
Vesipitoisissa ympäristöissä (ESIM., vettä, merivettä), Kerros kehittyy sisältämään nikkelihydroksidi (Sisä-(VOI)₂) ja, hiilihapollisissa ympäristöissä, nikkelikarbonaatti (NICO₃)- molemmat vahvistavat passiivista estettä.
Passiivisen kerroksen vakaus
NIO -kerros pysyy vakaana monissa olosuhteissa:
- pH -alue: Tehokas neutraalissa (pH 6–8) ja hieman emäksinen (pH 8–12) ympäristö.
Lievästi (ESIM., 5% etikkahappo), Kerros liukenee hitaasti, Mutta vahvoissa hapoissa (ESIM., 37% suolahappo), Se hajoaa kokonaan. - Lämpötila: Vakaa jopa ~ 600 ° C ilmassa. Tämän yläpuolella, Nio paksunee ja muuttuu huokoiseksi, sen suojakyvyn vähentäminen (ESIM., 800 ° C: ssa, Nikkeli syövyttää ~ 0,1 mm/vuosi ilmassa, vs.. <0.001 mm/vuosi huoneenlämpötilassa).
- Hapen saatavuus: Vaatii minimaalisen hapen ylläpitämiseksi - jopa pysähtyneessä vedessä, Kerros jatkuu, Nikkelin tekeminen upotettuihin hakemuksiin (ESIM., merikomponentit).
Puhtaan nikkelin korroosioasteet
| Ympäristö | Korroosionopeus | Huomautuksia |
| Kaupunkien ilmapiiri | <0.001 mm/vuosi | Merkityksetön, >50-vuoden elinkaari |
| Merivettä (35,000 ppm cl⁻) | 0.005–0,01 mm/vuosi | Paljon alhaisempi kuin hiiliteräs (0.5–1 mm/vuosi) |
| Neutraali makea vesi | <0.005 mm/vuosi | Sopii vedenkäsittelylaitteisiin |
3. Tekijät, jotka vähentävät nikkelin korroosionkestävyyttä
Vaikka nikkeli on erittäin korroosionkestävä passiivisen oksidikerroksensa vuoksi, Useat ympäristö- ja materiaaliin liittyvät tekijät voivat vaarantaa tämän suojan.
Näiden tekijöiden ymmärtäminen on välttämätöntä Nickelin suorituskyvyn ennustamisessa ja paikallisten tai kiihtyneen korroosion estämisessä.
Kloridi- ja halogenidi -ionit: Pisteen ja raon korroosio
Kloridi -ionit (Cl⁻)- Löysi merivedessä, tiesuola, ja teolliset suolat - ovat Nickelin suurin vihollinen.
Ne tunkeutuvat passiiviseen NIO -kerrokseen heikkoissa kohdissa (ESIM., naarmu, viljarajat) ja aloittaa korroosio: pieni, paikallisia reikiä, jotka kasvavat ajan myötä.
- Mekanismi: Kloridit reagoivat nikkelin kanssa liukoisen nikkelikloridin muodostamiseksi (Nikl₂), joka liuottaa oksidikerroksen paikallisesti.
Paljastettu nikkeli syövyttää sitten nopeasti, Luomalla kuoppia niin pieniä kuin 10 μm halkaisija. - Riskitekijät: Korkeat kloridipitoisuudet (>1,000 ppm), korkeat lämpötilat (>50° C), ja pysähtyneet olosuhteet (ESIM., rako pulttien nikkeliosien välillä).
- Tiedot: Merivedessä (35,000 ppm cl⁻) 60 ° C: ssa, Pure Nickelin korroosionopeus hyppää arvoon 0,05–0,1 mm/vuosi (5–10 × korkeampi kuin huoneenlämpötilassa) pisteen takia.
Nikkelin epäpuhtaudet: Passiivisen kerroksen heikentäminen
Kaupallinen nikkeli (ESIM., ASTM B162 -luokka 200, 99.0-99,5%) Sisältää hivenaineita, kuten rautaa (Fe), rikki (S), ja hiili (C)- kaikki vähentävät korroosionkestävyyttä:
- Rauta (Fe): Jopa 0.5% Fe luo mikrogalvaanisia soluja (Rauta toimii anodina, nikkeli katodina), Korroosion kiihdyttäminen märissä ympäristöissä.
Esimerkiksi, nikkeliä jkn kanssa 1% FE: llä on meriveden korroosioaste 0.02 mm/vuosi (kaksinkertainen 99.99% puhdas nikkeli). - Rikki (S): Muodostaa nikkelisulfidin (Nis) sulfidi -ympäristöissä (ESIM., Öljy- ja kaasukaivot H₂s), joka on hauras ja alttiina halkeiluun.
- Hiili (C): At >0.1% C, muodostaa nikkelikarbidin (Ni₃c), joka häiritsee passiivista kerrosta ja lisää pistävää riskiä.
Erittäin voimakas nikkeli (99.99% Sisä-) välttää nämä kysymykset, Tekee sen olevan ihanteellinen kriittisiin sovelluksiin, kuten puolijohteiden valmistukseen.
Vahvat hapot ja pelkistävät ympäristöt
Passiivinen NIO -kerros liukenee voimakkaisiin pelkistämiseen (ESIM., suolahappo, HCL) tai hapettumattomat hapot (ESIM., rikkihappo, H₂so₄ > 20% pitoisuus). Esimerkiksi:
- Sisä- 37% HCL (huoneenlämpötila), Puhdas nikkeli syövyttää 1–2 mm/vuosi (nopea heikkeneminen, Ei passiivista kerrosta).
- Hapettavissa hapoissa (ESIM., typpihappo, Hno₃), kerros on vahvistettu (Typpihappo toimii hapettimena), Joten nikkeli vastustaa korroosiota (aste <0.01 mm/vuosi 65% Hno₃).
4. Nikkeliseokset: Korroosionkestävyyden parantaminen
| Metalliseos | Koostumus (Tärkeimmät elementit) | Korroosionkestävyysetu | Korroosioaste merivedessä (mm/vuosi) | Tyypilliset sovellukset |
| Puhdas nikkeli (99.99%) | On ≥ 99.99% | Erinomainen vastus yleiselle ilmakehälle ja makealle vedelle | 0.005–0.01 | Elektroniikka, termoelementit, kemialliset alukset |
| Moneli 400 | 65% Sisä-, 34% Cu, 1% Fe | Ylivoimainen vastustus jhk meriveden ja happojen pelkistäminen (H₂so₄ <30%) | 0.002–0.005 | Meriventtiilit, potkuriakselit, lämmönvaihtimet |
| Kattaa 625 | 59% Sisä-, 21.5% Cr, 9% MO | Poikkeuksellinen vastustus jstk kloridit, rako ja korroosio, vakaa jopa 650 ° C | <0.001 | Offshore -öljynporauslautot, kemialliset reaktorit, merenalaiset putkilinjat |
| 304 Ruostumaton teräs | 18% Cr, 8% Sisä-, 74% Fe | Hyvä korroosionkestävyys lievässä ympäristössä; taipuvainen pistämiseen kloridirikkaissa ympäristöissä | 0.01–0.02 | Keittiön laitteet, arkkitehtoninen leikkaus |
| 316 Ruostumaton teräs | 16–18% Cr, 10-14%: lla on, 2–3% kuukautta, tasapaino | Parantunut kloridiresistenssi vs.. 304 MO: n takia; Sopii meri- ja kemiallisiin ympäristöihin | 0.005–0.01 | Merilaitteet, kemialliset säiliöt, rannikkoarkkitehtuuri |
5. Yleiset väärinkäsitykset: "Rust" nikkeli- tai nikkelipinnoitetuissa esineissä
Ihmiset erehtyvät usein nikkelikorroosioon ruosteeseen - tässä on mitä todella tapahtuu:
Väärinkäsitys 1: "Nikkelipinnoitetun teräksen ruosteinen."
Tosiasia: Ruoste tulee teräspesämetalli, Ei nikkelin pinnoitus.
Nikkelipinnoitus (5–50 μm paksu) Suojaa terästä toimimalla esteenä, mutta jos pinnoitus on naarmuuntunut tai kulunut, Teräs altistuu happea ja kosteutta, Ruosteen muodostaminen.
Tämän estämiseksi, Nikkelipinnoitettu teräs päällystetään usein kirkkaalla lakalla tai sitä käytetään matalan kosteuden ympäristöissä.
Väärinkäsitys 2: ”Nikkeli muuttuu ruskeaksi - ei ole tuo ruoste?"
Tosiasia: Ruskea värimuutos nikkelillä on tumahtaa, ei ruoste. Se muodostuu, kun nikkeli reagoi rikkiyhdisteiden kanssa ilmassa (ESIM., pilaantumisesta tai maakaasusta) Nikkelisulfidin luominen (Nis) tai nikkelikarbonaatti (NICO₃).
Tinnas on ohut ja se voidaan poistaa miedolla hiomalla (ESIM., ruokasooda), Toisin kuin ruoste, mikä on tuhoisa.
"Nikkeli suihkussani ruostettiin."
Tosiasia: Suihkuvesi sisältää klorideja (vesijohtovedenkäsittelystä) ja kosteus, mikä aiheuttaa korroosio nikkelissä (ei ruoste).
Pienet reiät tai valkoiset pisteet ovat nikkelihydroksidia (Sisä-(VOI)₂), ei rautaoksidi. Käyttämällä nikkeli-kromi seoksia (ESIM., Kattaa) suihkut estää tämän.
6. Nikkelin korroosionkestävyyden testaaminen: Teollisuusstandardit
Varmistaa, että nikkeli ja sen seokset täyttävät korroosiovaatimukset, Valmistajat luottavat standardoituihin testeihin:
Suolahuihkutesti (ASTM B117)
Arvioi resistenssi kloridirikkaalle ympäristölle. Näytteet altistetaan a 5% NaCl -sumu 35 ° C: ssa 100–1 000 tuntia. Läpäisykriteerit puhdasta nikkeliä: Ei pistämistä tai korroosiota 500 tuntia.
Sähkökemiallinen impedanssispektroskopia (Eis)
Mittaa passiivisen kerroksen eheyden levittämällä pieni vaihtojännite nikkelin pintaan.
Korkea impedanssi (Virtavirtauskestävyys) osoittaa vakaan kerroksen - Pure -nikkelillä on tyypillisesti impedanssi >10⁶ ohmit · cm² neutraalissa vedessä.
Painonpudotustestaus (ASTM G1)
Mittaa korroosionopeuden punnitsemalla nikkeliä näyte ennen ja jälkeen altistumisen syövyttävälle ympäristölle. Puhtaalle nikkelille merivedessä, Painonpudotuksen pitäisi olla <0.01 g/m²/päivä.
7. Nikkeliseoksen teollisuussovellukset
Nikkelin kyvyttömyys ruosteeseen ja sen voimakas korroosionkestävyys tekevät siitä korvaamattoman avainsektoreilla:
Merenkulku
Moneli 400 ja Inconel 625 käytetään laivan potkurille, offshore -alustakomponentit, ja meriveden pumput - missä niiden vastus kloridi- ja meriveden korroosiolle varmistaa 20–30 vuoden palvelun (vs.. 5–10 vuotta terästä).
Kemiallinen prosessointi
Nikkeliseokset käsittelevät aggressiivisia kemikaaleja, kuten rikkihappoa (Moneli 400) ja suolahappo (Hastelloy C-276, Nikkeli-molybdeeniseos).
Esimerkiksi, Hastelloy C-276: n korroosioaste on <0.01 mm/vuosi 20% HCl 60 ° C: ssa - parempaa kuin puhdas nikkeli.
Elektroniikka
Ultra-puhdas nikkeli (99.99%) Käytetään puolijohdekivoissa ja akkulatteissa, missä tahrattomat pinnat ja resistenssi miedolle hapolle (ESIM., puhdistusratkaisut) ovat kriittisiä.
Arkkitehtuuri
Nikkeli-kromi-seokset (ESIM., Kattaa 600) käytetään julkisivujen ja muistomerkkien rakentamiseen - he säilyttävät hopeansa vuosikymmenien ajan (ei ruostetta, minimaalinen tahra) ja kestää kaupunkien pilaantumista.
8. Johtopäätös: Nikkeli ei ruostu, Mutta se voi syövyttää
Nikkeli Älä koskaan ruostu, Koska ruoste on rautaoksidia ja nikkelillä ei ole rautaa. Sen luonnollinen oksidikerros suojaa sitä suurimmalla osalla korroosiolta, Pidä se paljon kestävämmänä kuin teräs normaaleissa olosuhteissa.
Mutta nikkeli Voi syövyttää tietyissä tilanteissa: kloridirikas vesi, Metallin epäpuhtaudet, tai vahvat hapot voivat vahingoittaa sen suojakerroksia.
Seostamalla nikkeli metallien kanssa, kuten kromi, molybdeini, tai kupari, insinöörit luovat seoksia, kuten Kattaa ja Moneli, jotka kestävät ankaria kemikaaleja, korkeat lämpötilat, ja merivettä.
Faqit
Voivatko nikkelipinnoitetut esineet koskaan olla ruostepohjaisia?
Ei - nikkelipinnoitus on este, Mutta jos se on vaurioitunut, alla oleva metalli (usein teräs) ruoste.
"Ruostekestävä" nikkelipinnoitetut esineet, Käytä kaksitahoista pinnoitetta (nikkeli + kromi) tai valitse nikkeliseosperiaatio (ESIM., Moneli) teräksen sijasta.
Onko nikkeli enemmän korroosiokestävää kuin ruostumaton teräs?
Se riippuu ruostumattomasta teräksestä. Puhdas nikkeli on kestävämpi meriveden kuin 304 ruostumaton teräs (alttiita),
mutta 316 ruostumaton teräs (molybdeenin kanssa) vastaa tai ylittää puhdasta nikkeli -kloridiresistenssiä alhaisemmilla kustannuksilla.
Syöttääkö nikkeli suolaisen veden uima -altaissa?
Kyllä - suolavesialtaat ovat 3000–5 000 ppm cl⁻, joka voi aiheuttaa pistämistä puhtaassa nikkelillä.
Käyttää Inconelia 625 tai 316 ruostumaton teräs uima -altaan komponenteille (ESIM., tikkaat, varusteet) korroosion välttämiseksi.
Kuinka voin puhdistaa tahrattua nikkeliä vahingoittamatta sitä?
Käytä lievää lämpimää vettä ja astiasaippua liuosta, tai ruokasoodaa ja vettä (riittävän hankaava tuhoamiseksi, tarpeeksi lempeä olla naarmuttamatta passiivista kerrosta).
Vältä ankaria kemikaaleja, kuten valkaisuainetta, jotka purkavat NIO: n.
Käytetään nikkeliä ruosteessa olevissa pinnoitteissa?
Kyllä - sähköinen nikkelipinnoitus (yhtenäinen, paksu päällyste) levitetään teräsosiin (ESIM., autoteollisuus, hydrauliset sylinterit) Ruosteen estämiseksi.
Nikkelikerros toimii esteenä, ja sen passiivinen oksidikerros vastustaa kosteutta.
