Da se pozabavimo pitanje „Je li nikl hrđa?”Sveobuhvatno, Prvo razjasnimo kritičku razliku: hrđa je uobičajeni izraz za željezni oksid (Fe₂o₃ ili fe₃o₄), Crveno smeđa korozijska korozija ekskluzivna legura koja sadrže željezo i željezo.
Nikla, Prijelazni metal bez željeza u svom čistom obliku, ne može oblikovati hrđu.
Međutim, nikl može korodirati - razvijajući se tanko, Slojevi zaštitnog oksida ili, u teškim okruženjima, Još štetnih spojeva poput nikl hidroksida ili sulfida.
1. Rust vs. Korozija: Zašto nikl ne može zahrđati
Za rješavanje temeljnog pitanja, prvo moramo definirati ključne pojmove:
- Hrđa: Hidratizirani željezni oksid (Npr., Feo(OH)Nh₂o) nastao kada željezo reagira s kisikom i vlagom.
Porozan je, čudan, i ne nudi zaštitu od daljnje korozije - zato bez ikakvih čeličnih hrđe brzo u vlažnim okruženjima. - Korozija: Elektrokemijska degradacija bilo kojeg metala uslijed reakcija sa svojom okolinom.
Za neozbiljne metale poput nikla, korozija proizvodi okside, hidroksidi, ili soli koje mogu biti zaštitne (pasivan) ili destruktivan.
Čisti nikl (Je ≥ 99.0%) ne sadrži željezo, tako da ne može formirati željezni oksid (hrđa). Umjesto toga,
Nikalni proizvodi korozije su prvenstveno oksid nikla (Nio), nikl hidroksid (U(OH)₂), ili nikl karbonat (Nico₃)- sastoje se od hrđe vrlo različito.
2. Nikl otpor korozije: Sloj pasivnog oksida
Nikal -ova reputacija otpora korozije proizlazi iz njegove sposobnosti da formira a tanko, Adherentni sloj pasivnog oksida Na svojoj površini - elektrokemijska barijera koja blokira daljnju reakciju s okolinom.
Evo kako ovaj postupak funkcionira:
Formiranje pasivnog sloja
Kad je izložen kisiku (zrak, voda, ili oksidirajuća okruženja), Nikal se podvrgava brzoj reakciji: 2U + O2 → 2nio
Ovaj nio sloj je samo 2–5 nanometara (NM) debeo (1 nm = 10 ⁻⁹ metara)—Ploživo golim okom - ali gusto nabijeno i kemijski stabilno.
Za razliku od porozne hrđe, sloj NIO -a čvrsto se pridržava na površini nikla, sprečavanje kisika i vlage da dosegnu temeljni metal.
U vodenom okruženju (Npr., voda, morska voda), sloj se razvija da uključuje nikl hidroksid (U(OH)₂) i, u gaziranim okruženjima, nikl karbonat (Nico₃)- od kojih ojačava pasivnu barijeru.
Stabilnost pasivnog sloja
Nio sloj ostaje stabilan u širokom rasponu uvjeta:
- PH raspon: Učinkovito u neutralnom (pH 6–8) i blago alkalno (pH 8–12) okruženje.
U blagim kiselinama (Npr., 5% octena kiselina), sloj se polako otapa, Ali u jakim kiselinama (Npr., 37% klorovodična kiselina), Potpuno se raspada. - Temperatura: Stabilna do ~ 600 ° C u zraku. Iznad ovoga, Nio se zgušnjava i postaje porozan, smanjujući svoju zaštitnu sposobnost (Npr., na 800 ° C, nikl korodira na ~ 0,1 mm/godišnje u zraku, vs. <0.001 mm/godina na sobnoj temperaturi).
- Dostupnost kisika: Za održavanje zahtijeva minimalni kisik - čak i u stajaću vodu, sloj se ustraje, čineći nikl prikladnim za potopljene aplikacije (Npr., morske komponente).
Stope korozije čistog nikla
| Okoliš | Stopa korozije | Bilješke |
| Urbana atmosfera | <0.001 mm/godina | Zanemariv, >50-život godine |
| Morska voda (35,000 ppm cl⁻) | 0.005–0,01 mm/godišnje | Daleko niži od ugljičnog čelika (0.5–1 mm/godina) |
| Neutralna slatka voda | <0.005 mm/godina | Pogodno za opremu za pročišćavanje vode |
3. Čimbenici koji smanjuju nikl otpornost na koroziju
Iako je nikl vrlo otporan na koroziju zbog svog sloja pasivnog oksida, Nekoliko čimbenika povezanih s okolišem i materijalom može ugroziti ovu zaštitu.
Razumijevanje ovih čimbenika ključno je za predviđanje performansi nikla i sprječavanje lokalizirane ili ubrzane korozije.
Ioni klorida i halogenida: Korozija za pitiranje i pukotinu
Kloridni ioni (Cl⁻)—Poružani u morskoj vodi, sol na cesti, i industrijski slani slani - jesu li nikl najveći neprijatelj.
Oni prodiru u pasivni nio sloj u slabim točkama (Npr., ogrebotine, Granice zrna) i pokrenuti korozija: sićušan, lokalizirane rupe koje rastu s vremenom.
- Mehanizam: Kloridi reagiraju niklom kako bi nastali topivi nikl klorid (Nicl₂), koji lokalno rastvara sloj oksida.
Izloženi nikl tada brzo korodira, stvarajući jame tako male kao 10 μm promjera. - Čimbenici rizika: Visoke koncentracije klorida (>1,000 ppm), visoke temperature (>50° C), i stajaće uvjete (Npr., pukotine između dijelova s vijcima).
- Podaci: U morskoj vodi (35,000 ppm cl⁻) na 60 ° C, Stopa korozije čistog nikla skoči na 0,05–0,1 mm/godišnje (5–10 × viši nego na sobnoj temperaturi) Zbog pittinga.
Nečistoće u nikla: Slabljenje pasivnog sloja
Komercijalni nikl (Npr., ASTM B162 ocjena 200, 99.0-99,5% na) Sadrži nečistoće u tragovima poput željeza (FE), sumpor (S), i ugljik (C)- sve od njih smanjuje otpor korozije:
- Željezo (FE): Čak 0.5% Fe stvara mikrogalvanske stanice (željezo djeluje kao anoda, nikl kao katoda), Ubrzavanje korozije u vlažnim okruženjima.
Na primjer, nikla sa 1% Fe ima stopu korozije morske vode od 0.02 mm/godina (udvostručiti od onog od 99.99% čisti nikl). - Sumpor (S): Tvori nikl sulfid (NIS) u sulfidnim okruženjima (Npr., Naftni i plinski bunari s H₂S -om), što je krhko i sklono pucanju.
- Ugljik (C): Na >0.1% C, tvori nikl karbid (Ni₃c), koji narušava pasivni sloj i povećava rizik od jake.
Nikal ultra-visoke čistoće (99.99% U) Izbjegava ova pitanja, čineći ga idealnim za kritične primjene poput poluvodičke proizvodnje.
Snažne kiseline i reducirajuće okruženje
Pasivni nio sloj se otapa u snažnim redukcijskim kiselinama (Npr., klorovodična kiselina, HCl) ili neoksidirajuće kiseline (Npr., sumporna kiselina, H₂so₄ > 20% koncentracija). Na primjer:
- U 37% HCl (sobna temperatura), čiste nikl korodira 1–2 mm/godišnje (Brza degradacija, Nema pasivnog sloja).
- U oksidiranju kiselina (Npr., dušična kiselina, Hno₃), sloj je ojačan (Dušična kiselina djeluje kao oksidant), Dakle, nikl odolijeva koroziji (stopa <0.01 mm/godina u 65% Hno₃).
4. Legure nikla: Povećavanje otpornosti na koroziju
| Legura | Sastav (Glavni elementi) | Prednost otpornosti na koroziju | Stopa korozije u morskoj vodi (mm/godina) | Tipične primjene |
| Čisti nikl (99.99%) | Je ≥ 99.99% | Izvrsna otpornost na opću atmosferu i slatku vodu | 0.005–0.01 | Elektronika, termoparovi, kemijska plovila |
| Monel 400 | 65% U, 34% Pokrajina, 1% FE | Vrhunski otpor prema morska voda i smanjenje kiselina (H₂so₄ <30%) | 0.002–0,005 | Morski ventili, osovine propelera, izmjenjivači topline |
| Udruživanje 625 | 59% U, 21.5% CR, 9% Mokar | Izuzetan otpor prema kloridi, korozija i korozija, stabilna do 650 ° C | <0.001 | Offshore naftne uređaje, kemijski reaktori, Podmornice |
| 304 Nehrđajući čelik | 18% CR, 8% U, 74% FE | Dobra otpornost na koroziju u blagim okruženjima; skloni pittingu u okruženjima bogatim kloridom | 0.01–0.02 | Kuhinjski uređaji, arhitektonski |
| 316 Nehrđajući čelik | 16–18% Cr, 10-14%, 2–3% mo, saldo Fe | Poboljšana otpornost na klorid vs. 304 Zbog mo; pogodno za morsko i kemijsko okruženje | 0.005–0.01 | Morska oprema, kemijski spremnici, obalna arhitektura |
5. Uobičajene zablude: "Hrđa" na nikla ili nikla nacrtanim predmetima
Ljudi često grešaju koroziju nikla za hrđu - evo što se zapravo događa:
Zabluda 1: "Moj nikl čelik je zahrđao."
Činjenica: Hrđa dolazi od čelični metal, a ne nikl za oblaganje.
Nikla (5–50 µm debljine) štiti čelik djelujući kao prepreka, Ali ako je obloga izgrebana ili istrošena, Čelik je izložen kisiku i vlazi, formiranje hrđe.
Da bi se to spriječilo, Čelik s niklom često je obložen čistim lakom ili se koristi u okruženjima s malo moda.
Zabluda 2: "Nikal postaje smeđi - nije li to hrđa?”
Činjenica: Smeđa promjena boje na niklu je potapati, ne hrđa. Nastaje kada nikl reagira sa sumpornim spojevima u zraku (Npr., od onečišćenja ili prirodnog plina) Da biste stvorili nikl sulfid (NIS) ili nikl karbonat (Nico₃).
Tarnish je tanak i može se ukloniti blagim abrazivnim (Npr., soda bikarbona), Za razliku od hrđe, što je destruktivno.
"Nikal u mom tušem je zahrđao."
Činjenica: Voda za tuširanje sadrži kloride (iz obrade vode iz slavine) i vlaga, koji uzrokuju korozija na nikla (ne hrđa).
Male rupe ili bijele mrlje koje vidite su nikl hidroksid (U(OH)₂), ne željezni oksid. Korištenje legura nikl-kromija (Npr., Udruživanje) u tuševima to sprječava.
6. Ispitivanje nikl otpornosti korozije: Industrijski standardi
Da bi se osiguralo da nikl i njegove legure ispunjavaju zahtjeve za koroziju, Proizvođači se oslanjaju na standardizirane testove:
Ispitivanje soli (ASTM B117)
Procjenjuje otpornost na okruženja bogata kloridom. Uzorci su izloženi a 5% NaCl magla na 35 ° C tijekom 100–1000 sati. Proći kriterije za čisti nikl: Nema pitiranja ili korozije nakon 500 sati.
Elektrokemijska impedancija spektroskopija (EIS)
Mjeri integritet pasivnog sloja primjenom malog izmjeničnog napona na površinu nikla.
Visoka impedancija (Otpor protoku struje) označava stabilan sloj - nikl nikla obično ima impedanciju >10⁶ Ohms · cm² u neutralnoj vodi.
Ispitivanje mršavljenja (ASTM G1)
Mjere brzinu korozije vaganjem uzorka nikla prije i nakon izlaganja korozivnom okruženju. Za čisti nikl u morskoj vodi, Gubitak kilograma trebao bi biti <0.01 g/m²/dan.
7. Industrijska primjena legure nikla
Nikl nemogućnost hrđe i njezina snažna otpornost na koroziju čine ga nezamjenjivim u ključnim sektorima:
Morski inženjering
Monel 400 I Inkol 625 koriste se za brodski propeleri, Komponente platforme na moru, i pumpe za morsku vodu - gdje njihov otpor na pitting klorida i koroziju morske vode osigurava 20–30 godina služenja (vs. 5–10 godina za čelik).
Kemijska obrada
Legure nikla obrađuju agresivne kemikalije poput sumporne kiseline (Monel 400) i klorovodična kiselina (Hastelloy C-276, legura od nikla-molibdena).
Na primjer, Hastelloy C-276 ima koroziju od <0.01 mm/godina u 20% HCl na 60 ° C - bolji od čistog nikla.
Elektronika
Ultra-ovjere nikla (99.99%) koristi se u poluvodičkim vafrima i terminalima za baterije, gdje su površine bez poremećaja i otpornost na blage kiseline (Npr., rješenja za čišćenje) su kritični.
Arhitektura
Legure nikla-kromij (Npr., Udruživanje 600) koriste se za izgradnju fasada i spomenika - oni zadržavaju svoj srebrni izgled desetljećima (bez hrđe, minimalni tarn) i izdržati urbano zagađenje.
8. Zaključak: Nikal ne hrđa, Ali može korodirati
Nikla Nikad hrđa, Jer hrđa je željezni oksid, a nikl nema željeza. Njegov prirodan oksidni sloj štiti od većine korozije, održavajući ga daleko izdržljivije od čelika u normalnim uvjetima.
Ali nikl može korodirati u određenim situacijama: voda bogata kloridom, nečistoće u metalu, ili jake kiseline mogu oštetiti njegov zaštitni sloj.
Legirajući nikl s metalima poput krom, molibden, Ili bakar, inženjeri stvaraju legure poput Udruživanje i Monel, koje se odupiru oštrim kemikalijama, visoke temperature, i morska voda.
Česta pitanja
Mogu li predmeti s niklom ikada biti otporni na hrđu?
Ne - niska obloga je barijera, Ali ako je oštećen, temeljni metal (Često čelik) Will Wrst.
Za predmete "zaštićene od hrđe", Koristite dupleks premaz (nikla + krom) ili odaberite osnovni materijal legure nikla (Npr., Monel) umjesto čelika.
Je li nikl više otporan na koroziju od nehrđajućeg čelika?
Ovisi o razredu od nehrđajućeg čelika. Čisti nikl je otporniji na morsku vodu od 304 nehrđajući čelik (sklon pittingu),
ali 316 nehrđajući čelik (s molibdenom) podudara ili premašuje čistu niknu otpornost na klorid po nižoj cijeni.
Korodira li nikl u bazenima slane vode?
Da - Saltwater Bazeni imaju 3000–5 000 ppm cl⁻, što može uzrokovati pitting u čistom niklu.
Koristite Inconel 625 ili 316 Nehrđajući čelik za komponente bazena (Npr., ljestvama, fiting) kako bi se izbjegla korozija.
Kako mogu očistiti omamljeni nikl bez oštećenja?
Koristite blagu otopinu tople vode i sapuna za posudu, ili pasta sode i vode bikarbone (dovoljno abrazivan da ukloni tarne, dovoljno nježan da ne ogrebe pasivni sloj).
Izbjegavajte oštre kemikalije poput izbjeljivača, koji rastvaraju nio.
Je li nikl koji se koristi u prevlaci za hrđu za čelik?
Da - elektroležnu niklu za oblaganje (uniforma, debeli premaz) primjenjuje se na čelične dijelove (Npr., Automobilski vijci, hidraulički cilindri) Da bi se spriječilo hrđa.
Sloj nikla djeluje kao barijera, i njegov pasivni oksidni sloj odupire se vlazi.
