To address the question “Does Nickel Rust?” comprehensively, Nous clarifions d'abord une distinction critique: La rouille est le terme commun pour l'oxyde de fer (Fe₂o₃ ou fe₃o₄), a red-brown corrosion product exclusive to iron and iron-containing alloys.
Nickel, a transition metal with no iron in its pure form, cannot form rust.
Cependant, nickel can corrode—developing thin, protective oxide layers or, dans des environnements difficiles, des composés plus dommageables comme les hydroxydes ou sulfures de nickel.
1. Rouille vs. Corrosion: Pourquoi le nickel ne peut pas rouiller
To resolve the core question, we must first define key terms:
- Rouiller: A hydrated iron oxide (Par exemple, FeO(OH)Nh₂o) formé lorsque le fer réagit avec l'oxygène et l'humidité.
C'est poreux, floconneux, et n'offre aucune protection contre la corrosion supplémentaire - c'est pourquoi les rouille en acier non enrobée dans des environnements humides. - Corrosion: La dégradation électrochimique de tout métal en raison de réactions avec son environnement.
Pour des métaux non ferreux comme le nickel, La corrosion produit des oxydes, hydroxydes, ou des sels qui peuvent être protecteurs (passif) ou destructeur.
Nickel pur (Est ≥ 99.0%) ne contient pas de fer, il ne peut donc pas former d'oxyde de fer (rouiller). Plutôt,
Les produits de corrosion du nickel sont principalement oxyde de nickel (Nio), hydroxyde de nickel (Dans(OH)₂), ou carbonate de nickel (Nico₃)- Composer qui se comporte très différemment de la rouille.
2. Résistance à la corrosion du nickel: La couche d'oxyde passive
La réputation du nickel pour la résistance à la corrosion découle de sa capacité à former un mince, couche d'oxyde passive adhérente À sa surface - une barrière électrochimique qui bloque une réaction supplémentaire avec l'environnement.
Voici comment fonctionne ce processus:
Formation de la couche passive
Lorsqu'il est exposé à l'oxygène (air, eau, ou environnements oxydants), Le nickel subit une réaction rapide: 2Dans + o2 → 2nio
Ce calque Nio est juste 2–5 nanomètres (nm) épais (1 nm = 10⁻⁹ mètres)- Invisible à l'œil nu - mais densément emballé et chimiquement stable.
Contrairement à la rouille poreuse, La couche Nio adhère étroitement à la surface du nickel, Empêcher l'oxygène et l'humidité d'atteindre le métal sous-jacent.
Dans des environnements aqueux (Par exemple, eau, eau de mer), la couche évolue pour inclure hydroxyde de nickel (Dans(OH)₂) et, dans des environnements carbonés, carbonate de nickel (Nico₃)- dont les deux renforcent la barrière passive.
Stabilité de la couche passive
La couche Nio reste stable dans un large éventail de conditions:
- gamme de pH: Efficace en neutre (pH 6–8) et légèrement alcalin (pH 8–12) environnements.
En acides doux (Par exemple, 5% acide acétique), La couche se dissout lentement, Mais dans les acides forts (Par exemple, 37% acide chlorhydrique), ça tombe complètement. - Température: Stable jusqu'à ~ 600 ° C dans l'air. Au-dessus de ce, Nio s'épaissit et devient poreux, réduire sa capacité de protection (Par exemple, à 800 ° C, Le nickel se corrode à ~ 0,1 mm / an dans l'air, contre. <0.001 mm / an à température ambiante).
- Disponibilité de l'oxygène: Nécessite un minimum d'oxygène pour maintenir, même dans l'eau stagnante, La couche persiste, Faire du nickel adapté aux applications submergées (Par exemple, composants marins).
Taux de corrosion du nickel pur
| Environnement | Taux de corrosion | Remarques |
| Atmosphère urbaine | <0.001 mm / an | Négligeable, >50-durée de vie de l'année |
| Eau de mer (35,000 ppm cl⁻) | 0.005–0,01 mm / an | Bien plus bas que l'acier au carbone (0.5–1 mm / an) |
| Eau douce neutre | <0.005 mm / an | Convient pour l'équipement de traitement de l'eau |
3. Facteurs qui réduisent la résistance à la corrosion du nickel
Bien que le nickel soit fortement résistant à la corrosion en raison de sa couche d'oxyde passive, Plusieurs facteurs liés à l'environnement et aux matériaux peuvent compromettre cette protection.
Comprendre ces facteurs est crucial pour prédire les performances du nickel et empêcher la corrosion localisée ou accélérée.
Ions chlorure et halogénures: Piqûres et corrosion des crevasses
Ions chlorure (Cl⁻)—Nou dans l'eau de mer, sel de route, et les saumures industrielles - sont le plus grand ennemi du nickel.
Ils pénètrent la couche Nio passive à des points faibles (Par exemple, rayures, limites des grains) et initié Corrosion piquante: minuscule, Des trous localisés qui poussent avec le temps.
- Mécanisme: Les chlorures réagissent avec le nickel pour former du chlorure de nickel soluble (Nicl₂), qui dissout la couche d'oxyde localement.
Le nickel exposé se corrode ensuite rapidement, Créer des fosses aussi petites que 10 μm de diamètre. - Facteurs de risque: Hautes concentrations de chlorure (>1,000 ppm), températures élevées (>50° C), et des conditions stagnantes (Par exemple, crevasses entre pièces en nickel boulonnées).
- Données: Dans l'eau de mer (35,000 ppm cl⁻) à 60 ° C, Le taux de corrosion du nickel pur passe à 0,05 à 0,1 mm / an (5–10 × plus élevé qu'à température ambiante) En raison des piqûres.
Impuretés dans le nickel: Affaiblir la couche passive
Nickel commercial (Par exemple, Grade ASTM B162 200, 99.0-99,5% à) Contient des impuretés traces comme le fer (Fe), soufre (S), et carbone (C)- dont tous réduisent la résistance à la corrosion:
- Fer (Fe): Même 0.5% Fe crée des cellules microgalvaniques (Le fer agit comme une anode, nickel comme cathode), accélérer la corrosion dans les environnements humides.
Par exemple, nickel avec 1% Fe a un taux de corrosion d'eau de mer de 0.02 mm / an (doubler celui de 99.99% nickel pur). - Soufre (S): Forme du sulfure de nickel (Nis) dans les environnements sulfidiques (Par exemple, puits de pétrole et de gaz avec H₂s), qui est fragile et sujet à la fissuration.
- Carbone (C): À >0.1% C, Forme du carbure de nickel (Ni₃c), qui perturbe la couche passive et augmente le risque de piqûres.
Nickel ultra-élevé (99.99% Dans) Évite ces problèmes, Le rendre idéal pour des applications critiques comme la fabrication de semi-conducteurs.
Acides forts et environnements réducteurs
La couche passive Nio se dissout dans de forts acides réducteurs (Par exemple, acide chlorhydrique, HCL) ou acides non oxydants (Par exemple, acide sulfurique, H₂so₄ > 20% concentration). Par exemple:
- Dans 37% HCL (température ambiante), Le nickel pur corrode à 1 à 2 mm / an (dégradation rapide, pas de couche passive).
- Dans les acides oxydants (Par exemple, acide nitrique, Hno₃), La couche est renforcée (L'acide nitrique agit comme un oxydant), Alors Nickel résiste à la corrosion (taux <0.01 mm / an dans 65% Hno₃).
4. Alliages nickel: Amélioration de la résistance à la corrosion
| Alliage | Composition (Éléments majeurs) | Avantage de résistance à la corrosion | Taux de corrosion dans l'eau de mer (mm / an) | Applications typiques |
| Nickel pur (99.99%) | Est ≥ 99.99% | Excellente résistance à l'atmosphère générale et à l'eau douce | 0.005–0.01 | Électronique, thermocouples, navires chimiques |
| Monel 400 | 65% Dans, 34% Cu, 1% Fe | Résistance supérieure à eau de mer et réduction des acides (H₂so₄ <30%) | 0.002–0.005 | Vannes marines, arbres d'hélice, échangeurs de chaleur |
| Décevoir 625 | 59% Dans, 21.5% Croisement, 9% MO | Résistance exceptionnelle à chlorures, crevasse et corrosion de piqûres, stable jusqu'à 650 ° C | <0.001 | Plates-formes pétrolières offshore, réacteurs chimiques, pipelines sous-marins |
| 304 Acier inoxydable | 18% Croisement, 8% Dans, 74% Fe | Bonne résistance à la corrosion dans des environnements doux; sujet aux piqûres dans les environnements riches en chlorure | 0.01–0.02 | Appareils de cuisine, garniture architecturale |
| 316 Acier inoxydable | 16–18% CR, 10-14% ont, 2–3% MO, Équilibrez Fe | Amélioration de la résistance au chlorure contre. 304 En raison de MO; Convient aux environnements marins et chimiques | 0.005–0.01 | Équipement marin, réservoirs chimiques, architecture côtière |
5. Idées fausses courantes: «Rust» sur les articles nickel ou nickel
Les gens confondent souvent la corrosion au nickel avec la rouille - voici ce qui se passe vraiment:
Idée fausse 1: «Mon acier plaqué en nickel a rouillé.»
Fait: La rouille vient du métal de base en acier, Pas le placage nickel.
Placage nickel (5–50 μm d'épaisseur) protège l'acier en agissant comme une barrière, Mais si le placage est rayé ou usé, L'acier est exposé à l'oxygène et à l'humidité, Former la rouille.
Pour éviter cela, L'acier plaqué en nickel est souvent recouvert d'une laque transparente ou utilisée dans des environnements à faible émission.
Idée fausse 2: "Le nickel devient brun - n'est pas cette rouille?"
Fait: La décoloration brune sur le nickel est ternir, Pas de rouille. Il se forme lorsque le nickel réagit avec les composés de soufre dans l'air (Par exemple, de la pollution ou du gaz naturel) Pour créer du sulfure de nickel (Nis) ou carbonate de nickel (Nico₃).
Le ternissement est mince et peut être éliminé avec un abrasif doux (Par exemple, bicarbonate de soude), Contrairement à la rouille, qui est destructeur.
«Le nickel dans ma douche a rouillé.»
Fait: L'eau de douche contient des chlorures (du traitement de l'eau du robinet) et humidité, à cause Corrosion piquante sur le nickel (Pas de rouille).
Les petits trous ou les taches blanches que vous voyez sont l'hydroxyde de nickel (Dans(OH)₂), pas d'oxyde de fer. En utilisant des alliages de chrome nickel (Par exemple, Décevoir) dans les douches empêche cela.
6. Tester la résistance à la corrosion de Nickel: Normes de l'industrie
Pour s'assurer que le nickel et ses alliages répondent aux exigences de corrosion, Les fabricants comptent sur des tests standardisés:
Test de pulvérisation saline (ASTM B117)
Évalue la résistance aux environnements riches en chlorure. Les échantillons sont exposés à un 5% NaCl Mist à 35 ° C pendant 100 à 1 000 heures. Passer les critères pour le nickel pur: pas de piqûres ou de corrosion après 500 heures.
Spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS)
Mesure l'intégrité de la couche passive en appliquant une petite tension CA à la surface du nickel.
Une forte impédance (Résistance au flux de courant) indique une couche stable - le nickel sûr a généralement une impédance de >10⁶ ohms · cm² dans l'eau neutre.
Test de perte de poids (ASTM G1)
Mesure le taux de corrosion en pesant un échantillon de nickel avant et après l'exposition à un environnement corrosif. Pour le nickel pur dans l'eau de mer, La perte de poids devrait être <0.01 g / m² / jour.
7. Applications industrielles de l'alliage de nickel
L'incapacité du nickel à rouiller et sa forte résistance à la corrosion le rend irremplaçable dans les secteurs clés:
Génie maritime
Monel 400 Et gêner 625 sont utilisés pour les hélices des navires, Composants de la plate-forme offshore, et les pompes d'eau de mer - où leur résistance aux piqûres de chlorure et à la corrosion de l'eau de mer assure 20 à 30 ans de service (contre. 5–10 ans pour l'acier).
Traitement chimique
Les alliages nickel gèrent des produits chimiques agressifs comme l'acide sulfurique (Monel 400) et acide chlorhydrique (Hastelloy C-276, un alliage nickel-molybdène).
Par exemple, Hastelloy C-276 a un taux de corrosion de <0.01 mm / an dans 20% HCl à 60 ° C - Droiteur mieux que le nickel pur.
Électronique
Nickel ultra-pure (99.99%) est utilisé dans les tranches de semi-conducteur et les bornes de batterie, où les surfaces et la résistance sans ternir aux acides légers (Par exemple, solutions de nettoyage) sont critiques.
Architecture
Alliages de chrome nickel (Par exemple, Décevoir 600) sont utilisés pour construire des façades et des monuments - ils conservent leur apparence en argent pendant des décennies (pas de rouille, ternissement minimal) et résister à la pollution urbaine.
8. Conclusion: Le nickel ne rouille pas, Mais ça peut corroder
Nickel ne rouille jamais, Parce que la rouille est l'oxyde de fer et le nickel n'a pas de fer. Son naturel couche d'oxyde le protège de la plupart des corrosion, le garder beaucoup plus durable que l'acier dans des conditions normales.
Mais nickel peut corroder dans certaines situations: eau riche en chlorure, impuretés dans le métal, ou des acides forts peuvent endommager sa couche de protection.
En alliant du nickel avec des métaux comme chrome, molybdène, ou cuivre, Les ingénieurs créent des alliages tels que Décevoir et Monel, qui résistent aux produits chimiques durs, températures élevées, et l'eau de mer.
FAQ
Can nickel-plated items ever be rust-proof?
Non - le placage nickel est une barrière, Mais si c'est endommagé, le métal sous-jacent (Souvent acier) Will Roust.
Pour les articles «imperméables» nickel, Utilisez un revêtement duplex (nickel + chrome) ou sélectionnez un matériau de base en alliage nickel (Par exemple, Monel) au lieu d'acier.
Is nickel more corrosion-resistant than stainless steel?
Cela dépend de la qualité en acier inoxydable. Le nickel pur est plus résistant à l'eau de mer que 304 acier inoxydable (sujet aux piqûres),
mais 316 acier inoxydable (avec molybdène) correspond ou dépasse la résistance au chlorure du nickel pur à un coût inférieur.
Does nickel corrode in saltwater pools?
Oui - les piscines Saltwater ont 3 000 à 5 000 ppm CL⁻, ce qui peut provoquer des piqûres dans le nickel pur.
Utiliser un inconvénient 625 ou 316 acier inoxydable pour les composants de la piscine (Par exemple, tartre, raccords) Pour éviter la corrosion.
How can I clean tarnished nickel without damaging it?
Utilisez une solution légère d'eau tiède et de savon à vaisselle, ou une pâte de bicarbonate de soude et d'eau (suffisamment abrasif pour éliminer le ternissement, assez doux pour ne pas gratter la couche passive).
Évitez les produits chimiques durs comme le blanchissement, qui dissolvent Nio.
Is nickel used in rust-preventive coatings for steel?
OUI - Placage d'électration en nickel (un uniforme, revêtement épais) est appliqué aux pièces en acier (Par exemple, boulons automobiles, cylindres hydrauliques) Pour éviter la rouille.
La couche de nickel agit comme une barrière, et sa couche d'oxyde passive résiste à l'humidité.
