A következő kérdés megválaszolásához: „A nikkel rozsda -e?- Átfogóan, Először tisztázzuk a kritikus megkülönböztetést: A rozsda a vas -oxid általános kifejezése (Fe₂o₃ vagy fe₃o₄), Vörösbarna korróziós termék, amely kizárólag a vastartalmú és a vastartalmú ötvözetekre.
Nikkel, egy átmeneti fém, amelynek tiszta formájában nincs vas, Nem tud rozsdát képezni.
Viszont, A nikkel korrodálhat - vékony fejlődés, védő -oxid rétegek vagy, durva környezetben, Több káros vegyület, például nikkel -hidroxidok vagy szulfidok.
1. Rozsda vs. Korrózió: Miért nem rozsdásodhat a nikkel?
Az alapkérdés megoldása, Először meg kell határoznunk a kulcsfogalmakat:
- Rozsda: Hidratált vas -oxid (PÉLDÁUL., Haderő műszaki főtiszt(OH)NH₂O) akkor alakult ki, amikor a vas reagál az oxigénnel és a nedvességgel.
Porózus, pelyhes, és nem kínál védelmet a további korrózió ellen - ezért a bevonat nélküli acél rozsdásodott nedves környezetben. - Korrózió: Bármely fém elektrokémiai lebomlása a környezetével való reakciók miatt.
Olyan színesfémekhez, mint a nikkel, A korrózió oxidokat termel, hidroxidok, vagy olyan sók, amelyek védekezhetnek (passzív) vagy pusztító.
Tiszta nikkel (≥ 99.0%) nem tartalmaz vasat, Tehát nem képezhet vas -oxidot (rozsda). Helyette,
A nikkel korróziós termékei elsősorban nikkel -oxid (Nio), nikkel -hidroxid (-Ben(OH)₂), vagy nikkel -karbonát (Nico₃)–A rozsdától nagyon eltérően viselkednek olyan összeegyeztetések, amelyek nagyon eltérően viselkednek.
2. Nikkel korrózióállósága: A passzív oxidréteg
A nikkel korrózióállóságának hírneve abból fakad, hogy képes a vékony, tapadó passzív oxidréteg felszínén - egy elektrokémiai gát, amely blokkolja a környezetre való további reakciót.
Így működik ez a folyamat:
A passzív réteg kialakulása
Ha oxigénnek vannak kitéve (levegő, víz, vagy oxidáló környezetek), A nikkel gyors reakción megy keresztül: 2In + o2 → 2nio
Ez a NIO réteg csak 2–5 nanométer (nm) vastag (1 NM = 10⁻⁹ méter)- szabad szemmel nem érinthető - de sűrűn csomagolt és kémiailag stabil.
Ellentétben a porózus rozsettel, A NIO réteg szorosan tapad a nikkel felületéhez, megakadályozza, hogy az oxigén és a nedvesség elérje az alapul szolgáló fémet.
Vizes környezetben (PÉLDÁUL., víz, tengervíz), A réteg beépítve fejlődik nikkel -hidroxid (-Ben(OH)₂) és, szénsavas környezetben, nikkel -karbonát (Nico₃)- mindkettő megerősíti a passzív akadályt.
A passzív réteg stabilitása
A NIO réteg a körülmények széles körében stabil marad:
- pH -tartomány: Hatékony semleges (pH 6–8) És enyhén lúgos (pH 8–12) környezet.
Enyhe savakban (PÉLDÁUL., 5% ecetsav), A réteg lassan feloldódik, De erős savakban (PÉLDÁUL., 37% sósav), teljesen lebomlik. - Hőmérséklet: Stabil ~ 600 ° C -ig a levegőben. Fölött, Nio megvastagodik és porózussá válik, csökkentve védő képességét (PÉLDÁUL., 800 ° C -on, A nikkel korrodálódik ~ 0,1 mm/év, levegőben, VS. <0.001 MM/év szobahőmérsékleten).
- Oxigén elérhetőség: Minimális oxigént igényel a fenntartáshoz - még stagnáló vízben is, A réteg továbbra is fennáll, a nikkel alámerült alkalmazásokhoz való alkalmassága (PÉLDÁUL., tengeri alkatrészek).
A tiszta nikkel korróziójának aránya
| Környezet | Korróziós sebesség | Megjegyzések |
| Városi légkör | <0.001 mm/év | Elhanyagolható, >50-évi élettartam |
| Tengervíz (35,000 PPM Cl⁻) | 0.005–0,01 mm/év | Sokkal alacsonyabb, mint a szénacél (0.5–1 mm/év) |
| Semleges édesvíz | <0.005 mm/év | Vízkezelő berendezésekhez alkalmas |
3. Olyan tényezők, amelyek csökkentik a nikkel korrózióállóságát
Bár a nikkel passzív oxidréteg miatt nagyon korrózióálló, Számos környezetvédelmi és anyagi tényező veszélyeztetheti ezt a védelmet.
Ezeknek a tényezőknek a megértése elengedhetetlen a nikkel teljesítményének előrejelzéséhez és a lokalizált vagy gyorsított korrózió megelőzéséhez.
Klorid- és halogenidionok: A pontozás és a hasadék korróziója
Klorid -ionok (Cl⁻)–A tengervízben található, közúti só, és ipari sürgők - a nikkel legnagyobb ellensége.
Gyenge pontokon behatolnak a passzív NIO rétegbe (PÉLDÁUL., karcolások, gabonak határai) és kezdeményez hüvelyes korrózió: apró, lokalizált lyukak, amelyek idővel növekednek.
- Mechanizmus: A kloridok nikkelrel reagálnak, hogy oldódó nikkel -kloridot képezzenek (Nicl₂), amely helyben feloldja az oxidréteget.
A kitett nikkel ezután gyorsan korrodálódik, olyan kicsi gödrök létrehozása 10 μm átmérőjű. - Kockázati tényezők: Magas kloridkoncentrációk (>1,000 ppm), magas hőmérséklet (>50° C), és stagnáló körülmények (PÉLDÁUL., Rések a csavarozott nikkel alkatrészek között).
- Adat: Tengervízben (35,000 PPM Cl⁻) 60 ° C -on, A tiszta nikkel korróziós sebessége 0,05–0,1 mm/évre ugrik (5–10 × magasabb, mint szobahőmérsékleten) Patting miatt.
Szennyeződések a nikkelben: A passzív réteg gyengítése
Kereskedelmi nikkel (PÉLDÁUL., ASTM B162 fokozat 200, 99.0-99,5% at) olyan nyom -szennyeződéseket tartalmaz, mint a vas (FE), kén (S), és szén (C)- mindegyik csökkenti a korrózióállóságot:
- Vas (FE): Még 0.5% Fe mikroggalván sejteket hoz létre (A vas anódként működik, Nikkel, mint katód), A korrózió felgyorsítása nedves környezetben.
Például, nikkel 1% Fe tengervíz -korróziós sebességgel rendelkezik 0.02 mm/év (duplán 99.99% tiszta nikkel). - Kén (S): Nikkel -szulfidot képez (Nis) szulfidi környezetben (PÉLDÁUL., Olaj- és gázkút H₂S -sel), ami törékeny és hajlamos a repedésre.
- Szén (C): -Kor >0.1% C, képződik a nikkel -karbid (Ni₃c), ami megzavarja a passzív réteget és növeli a pontossági kockázatot.
Ultra-magas tisztaságú nikkel (99.99% -Ben) elkerüli ezeket a kérdéseket, Ideálissá tétele olyan kritikus alkalmazásokhoz, mint a félvezető gyártás.
Erős savak és csökkentő környezetek
A passzív NIO réteg erős redukáló savakban oldódik (PÉLDÁUL., sósav, HCl) vagy nem oxidáló savak (PÉLDÁUL., kénsav, H₂so₄ > 20% koncentráció). Például:
- -Ben 37% HCl (szobahőmérséklet), A tiszta nikkel korrodálódik 1–2 mm -en/év (gyors lebomlás, Nincs passzív réteg).
- Oxidáló savakban (PÉLDÁUL., salétromsav, Hno₃), A réteget megerősítik (A salétromsav oxidálóként működik), Tehát a nikkel ellenáll a korróziónak (arány <0.01 mm/év 65% Hno₃).
4. Nikkel -ötvözetek: A korrózióállóság fokozása
| Ötvözet | Összetétel (Fő elemek) | Korrózióállósági előny | Korrózió sebessége a tengervízben (mm/év) | Tipikus alkalmazások |
| Tiszta nikkel (99.99%) | ≥ 99.99% | Kiváló ellenállás az általános légkör és az édesvíz ellen | 0.005–0.01 | Elektronika, hőelem, vegyi edények |
| Monel 400 | 65% -Ben, 34% CU, 1% FE | Kiváló ellenállás tengervíz és redukáló savak (H₂so₄ <30%) | 0.002–0.005 | Tengeri szelepek, légcsavar tengely, hőcserélők |
| Kuncol 625 | 59% -Ben, 21.5% CR, 9% MO | Kivételes ellenállás kloridok, hasadás és pontos korrózió, stabil 650 ° C -ig | <0.001 | Offshore olajfúrós fúrótornyok, vegyi reaktorok, tenger alatti csővezetékek |
| 304 Rozsdamentes acél | 18% CR, 8% -Ben, 74% FE | Jó korrózióállóság enyhe környezetben; hajlamos a kloridban gazdag környezetben történő fúrásra | 0.01–0.02 | Konyhai készülékek, építészeti burkolat |
| 316 Rozsdamentes acél | 16–18% CR, 10-14% -uk van, 2–3% MO, egyenleg FE | Javított kloridrezisztencia VS. 304 MO miatt; Tengeri és kémiai környezethez alkalmas | 0.005–0.01 | Tengeri berendezés, vegyi tartályok, tengerparti építészet |
5. Általános téves elképzelések: „Rozsda” nikkel vagy nikkelezett tárgyakon
Az emberek gyakran tévednek a nikkel -korrózióval a rozsda miatt - itt van, ami valójában történik:
Tévhit 1: -A nikkel-bevont acélom rozsdásodott.
Tény: A rozsda a acélbázisú fém, Nem a nikkel -burkolat.
Nikkel -bevonat (5–50 μm vastag) védi az acélt azáltal, hogy akadályként viselkedik, De ha a bevonat karcos vagy kopott, Az acél oxigénnek és nedvességnek van kitéve, rozsda képződése.
Ennek megakadályozása érdekében, A nikkelezett acélt gyakran tiszta lakkkal borítják, vagy alacsony moistúra környezetben használják.
Tévhit 2: - A nikkel barnavá válik - nem az a rozsda?”
Tény: A barna elszíneződés a nikkelen van homályosság, nem rozsdás. Akkor alakul ki, amikor a nikkel a levegőben kénvegyületekkel reagál (PÉLDÁUL., szennyezésből vagy földgázból) Nikkel -szulfid létrehozásához (Nis) vagy nikkel -karbonát (Nico₃).
A gyilkos vékony, és enyhe csiszolóval eltávolítható (PÉLDÁUL., szódabikarbóna), A rozsettel ellentétben, ami pusztító.
- Nikkel a zuhanyomban rozsdásodott.
Tény: A zuhanyvíz kloridokat tartalmaz (csapvízkezelésből) és a nedvesség, Melyik ok hüvelyes korrózió nikkelre (nem rozsdás).
A kis lyukak vagy fehér foltok, amelyeket látsz, a nikkel -hidroxid (-Ben(OH)₂), Nem vas -oxid. Nikkel-króm ötvözetek használata (PÉLDÁUL., Kuncol) A zuhanyokban ezt megakadályozzák.
6. Nikkel korrózióállóságának tesztelése: Ipari szabványok
Annak biztosítása érdekében, hogy a nikkel és ötvözetei megfeleljenek a korróziós követelményeknek, A gyártók a szabványosított tesztekre támaszkodnak:
Sós permetezési vizsgálat (ASTM B117)
Kiértékeli a kloridban gazdag környezetekkel szembeni rezisztenciát. A minták ki vannak téve a 5% NaCl köd 35 ° C -on 100–1000 órán keresztül. A tiszta nikkel kritériumainak átadása: nincs utána vagy korrózió után 500 óra.
Elektrokémiai impedancia spektroszkópia (EIS)
Méri a passzív réteg integritását egy kis AC feszültség alkalmazásával a nikkel felületére.
Nagy impedancia (ellenállás az áram áramlásával szemben) stabil réteget jelez - a kóbor nikkel általában impedanciája van >10⁶ ohm · cm² semleges vízben.
Fogyásvizsgálat (ASTM G1)
A korrózió sebességét a nikkelminta mérlegelésével és utáni korrozív környezetnek való kitettség mérlegelésével méri. Tiszta nikkelért a tengervízben, A fogyásnak kell lennie <0.01 G/m²/nap.
7. A nikkel -ötvözet ipari alkalmazásai
A nikkel képtelen rozsdásodni és erős korrózióálló képessége pótolhatatlanná teszi a kulcsfontosságú ágazatokban:
Tengeri tervezés
Monel 400 És Inconsel 625 a hajó hajtókészülékeihez használják, offshore platform alkatrészek, és a tengervíz szivattyúk - ahol a klorid -hüvelyekkel és a tengervíz -korrózióval szembeni ellenállásuk biztosítja a 20–30 éves szolgálatot (VS. 5–10 év acélhoz).
Vegyi feldolgozás
A nikkel -ötvözetek agresszív vegyi anyagokat, például kénsavat kezelnek (Monel 400) és sósav (Hastelloy C-276, nikkel-molibdén ötvözet).
Például, A Hastelloy C-276 korróziós aránya <0.01 mm/év 20% HCl 60 ° C -on - jobb, mint a tiszta nikkel.
Elektronika
Ultra-pure nikkel (99.99%) félvezető ostyákban és akkumulátor -csatlakozókban használják, Ahol a gyilkos mentes felületek és az enyhe savakkal szembeni ellenállás (PÉLDÁUL., tisztító megoldások) kritikusak.
Építészet
Nikkel-króm ötvözetek (PÉLDÁUL., Kuncol 600) a homlokzatok és műemlékek építésére használják - évtizedek óta megtartják ezüst megjelenését (nincs rozsda, minimális elrontás) és ellenáll a városi szennyezésnek.
8. Következtetés: A nikkel nem rozsdásodik, De képes korrodálni
Nikkel Soha ne rozsdásodjon, Mert a rozsda vas -oxid és a nikkelnek nincs vas. Természetes oxidréteg védi a legtöbb korróziótól, Sokkal tartósabban tartva, mint az acél, normál körülmények között.
De a nikkel korrodálhat Bizonyos helyzetekben: kloridban gazdag víz, szennyeződések a fémben, vagy az erős savak károsíthatják a védőréteget.
A nikkel ötvözésével olyan fémekkel, mint króm, molibdén, vagy réz, A mérnökök olyan ötvözeteket hoznak létre, mint például Kuncol és Monel, amelyek ellenállnak a kemény vegyszereknek, magas hőmérséklet, és a tengervíz.
GYIK
Lehetnek-e a nikkel-bevont tárgyak valaha rozsdamentes??
Nem - a nickel bevonása akadály, De ha megsérült, az alapjául szolgáló fém (gyakran acél) rozsdásodni fog.
A „rozsdaálló” nikkelezett tárgyakhoz, Használjon duplex bevonatot (nikkel + króm) vagy válasszon egy nikkel -ötvözet alapanyagot (PÉLDÁUL., Monel) acél helyett.
A nikkel korrózió-rezisztensebb-e, mint a rozsdamentes acél?
A rozsdamentes acél minőségétől függ. A tiszta nikkel jobban ellenáll a tengervíznek, mint 304 rozsdamentes acél (Hajlamos a csapásra),
de 316 rozsdamentes acél (molibdénnel) Mesélése vagy meghaladja a tiszta nikkel -klorid -rezisztenciát alacsonyabb költséggel.
A nikkel korrodál -e a sósvízi medencékben?
Igen - a saltwater medencéknek 3000–5000 ppm cl⁻ van, ami a tiszta nikkelben történő csapást okozhatja.
Használja az Inconelt 625 vagy 316 rozsdamentes acél a medence alkatrészeihez (PÉLDÁUL., létrák, szerelvények) A korrózió elkerülése érdekében.
Hogyan tisztíthatom meg a megsemmisített nikkelt anélkül, hogy károsítanám?
Használjon enyhe oldatot meleg víz és edényszappanból, vagy egy szódabikarbóna és víz paszta (eléggé csiszoló ahhoz, hogy eltávolítsa a gyilkosságot, Elég szelíd, hogy ne karcolja meg a passzív réteget).
Kerülje a kemény vegyi anyagokat, például a fehérítőt, amelyek feloldják a nio -t.
A nikkel acél rozsdamentes bevonatainál használható?
Igen - Elektroless nikkel -borítás (egyenruhás, vastag bevonat) acél alkatrészekre alkalmazzák (PÉLDÁUL., autócsavarok, hidraulikus hengerek) A rozsda megelőzése érdekében.
A nikkelréteg akadályként működik, És passzív oxidréteg ellenáll a nedvességnek.
