Apakah nikel karat? Memahami Perilaku Korosi Nikel

Untuk menjawab pertanyaan “Apakah nikel berkarat?”Secara komprehensif, Kami pertama -tama mengklarifikasi perbedaan kritis: karat adalah istilah umum untuk besi oksida (Fe₂o₃ atau fe₃o₄), Produk korosi merah-coklat eksklusif untuk paduan besi dan yang mengandung besi.

Nikel, logam transisi tanpa besi dalam bentuk murni, tidak bisa membentuk karat.

Namun, Nikel bisa mengikat - berkembang tipis, lapisan oksida pelindung atau, di lingkungan yang keras, senyawa yang lebih merusak seperti hidroksida nikel atau sulfida.

1. Karat vs. Korosi: Mengapa Nikel Tidak Bisa Karat

Untuk menyelesaikan pertanyaan inti, Pertama -tama kita harus mendefinisikan istilah kunci:

• Karat: Oksida besi terhidrasi (MISALNYA., Feo(OH)Nh₂o) terbentuk saat besi bereaksi dengan oksigen dan kelembaban.
  Itu berpori, serpihan, dan tidak menawarkan perlindungan terhadap korosi lebih lanjut - inilah sebabnya karat baja yang tidak dilapisi dengan cepat di lingkungan basah.
• Korosi: Degradasi elektrokimia logam apa pun karena reaksi dengan lingkungannya.
  Untuk logam non-ferro seperti nikel, Korosi menghasilkan oksida, hidroksida, atau garam yang mungkin protektif (pasif) atau merusak.

Nikel murni (Adalah ≥ 99.0%) tidak mengandung besi, Jadi tidak dapat membentuk oksida besi (karat). Alih-alih,
Produk korosi nikel terutama Nikel oksida (Nio), Nikel hidroksida (Di dalam(OH)₂), atau karbonat nikel (Nico₃)—Komponen yang berperilaku sangat berbeda dari karat.

2. Resistensi korosi nikel: Lapisan oksida pasif

Reputasi nikel untuk resistensi korosi berasal dari kemampuannya untuk membentuk a tipis, lapisan oksida pasif yang melekat di permukaannya - penghalang elektrokimia yang menghalangi reaksi lebih lanjut dengan lingkungan.

Beginilah proses ini bekerja:

Pembentukan lapisan pasif

Saat terkena oksigen (udara, air, atau lingkungan pengoksidasi), Nikel mengalami reaksi cepat: 2Di + o2 → 2nio
Lapisan Nio ini adil 2–5 nanometer (nm) tebal (1 nm = 10⁻⁹ meter)—Pengenam mata telanjang - tetapi padat dan stabil secara kimiawi.

Tidak seperti karat berpori, Lapisan NIO melekat erat ke permukaan nikel, mencegah oksigen dan kelembaban mencapai logam yang mendasarinya.

Di lingkungan yang berair (MISALNYA., air, air laut), Lapisan berkembang untuk memasukkan Nikel hidroksida (Di dalam(OH)₂) Dan, di lingkungan berkarbonasi, karbonat nikel (Nico₃)—Dua yang memperkuat penghalang pasif.

Stabilitas lapisan pasif

Lapisan NIO tetap stabil di berbagai kondisi:

• rentang pH: Efektif dalam netral (pH 6–8) dan sedikit basa (pH 8–12) lingkungan.
  Pada asam ringan (MISALNYA., 5% asam asetat), lapisannya larut secara perlahan, Tapi dalam asam kuat (MISALNYA., 37% asam klorida), itu benar -benar rusak.
• Suhu: Stabil hingga ~ 600 ° C di udara. Di atas ini, Nio mengental dan menjadi berpori, mengurangi kemampuan pelindungnya (MISALNYA., pada 800 ° C., Nikel berkorban pada ~ 0,1 mm/tahun di udara, vs.. <0.001 mm/tahun pada suhu kamar).
• Ketersediaan oksigen: Membutuhkan oksigen minimal untuk dipertahankan - bahkan dalam air yang stagnan, Lapisan tetap ada, Membuat nikel cocok untuk aplikasi terendam (MISALNYA., Komponen Laut).

Laju korosi nikel murni

3. Faktor -faktor yang mengurangi resistensi korosi nikel

Meskipun nikel sangat tahan korosi karena lapisan oksida pasifnya, Beberapa faktor terkait lingkungan dan material dapat mengkompromikan perlindungan ini.

Memahami faktor -faktor ini sangat penting untuk memprediksi kinerja nikel dan mencegah korosi yang terlokalisasi atau dipercepat.

Ion klorida dan halida: Korosi pitting dan celah

Ion klorida (Cl⁻)—Tertanya di air laut, Garam Jalan, dan air asin industri - adalah musuh terbesar nikel.

Mereka menembus lapisan NIO pasif pada titik lemah (MISALNYA., goresan, batas gandum) dan memulai Korosi pitting: kecil, lubang lokal yang tumbuh seiring waktu.

• Mekanisme: Klorida bereaksi dengan nikel untuk membentuk nikel klorida larut (Nicl₂), yang melarutkan lapisan oksida secara lokal.
  Nikel yang terbuka kemudian berkorban dengan cepat, membuat lubang sekecil 10 diameter μm.
• Faktor risiko: Konsentrasi klorida tinggi (>1,000 ppm), suhu tinggi (>50° C.), dan kondisi stagnan (MISALNYA., celah di antara bagian nikel yang dibaut).
• Data: Di air laut (35,000 PPM Cl⁻) pada 60 ° C., Laju korosi nikel murni melonjak menjadi 0,05-0,1 mm/tahun (5–10 × lebih tinggi dari pada suhu kamar) karena pitting.

Kotoran dalam nikel: Melemahkan lapisan pasif

Nikel komersial (MISALNYA., Kelas ASTM B162 200, 99.0-99,5% di) Berisi jejak kotoran seperti besi (Fe), sulfur (S), dan karbon (C)—Semunya mengurangi resistensi korosi:

• Besi (Fe): Bahkan 0.5% Fe membuat sel mikrogalvanik (Besi bertindak sebagai anoda, Nikel sebagai katoda), Korosi yang mempercepat di lingkungan basah.
  Misalnya, nikel dengan 1% Fe memiliki tingkat korosi air laut 0.02 mm/tahun (gandakan itu 99.99% Nikel murni).
• Sulfur (S): Membentuk nikel sulfida (Nis) di lingkungan sulfid (MISALNYA., sumur minyak dan gas dengan H₂s), yang rapuh dan rentan terhadap retak.
• Karbon (C): Pada >0.1% C, membentuk nikel karbida (Ni₃c), yang mengganggu lapisan pasif dan meningkatkan risiko pitting.

Nikel ultra-tinggi-kemurnian (99.99% Di dalam) menghindari masalah ini, menjadikannya ideal untuk aplikasi kritis seperti manufaktur semikonduktor.

Asam kuat dan lingkungan pereduksi

Lapisan NIO pasif larut dalam asam pereduksi yang kuat (MISALNYA., asam klorida, Hcl) atau asam non-oksidasi (MISALNYA., asam sulfat, H₂so₄ > 20% konsentrasi). Misalnya:

• Di dalam 37% Hcl (suhu kamar), Nikel murni berkorosi pada 1-2 mm/tahun (degradasi cepat, tidak ada lapisan pasif).
• Dalam asam pengoksidasi (MISALNYA., asam nitrat, Hno₃), Lapisan diperkuat (asam nitrat bertindak sebagai pengoksidasi), Jadi nikel menolak korosi (kecepatan <0.01 mm/tahun in 65% Hno₃).

4. Paduan Nikel: Meningkatkan resistensi korosi

5. Kesalahpahaman umum: "Rust" pada item nikel atau berlapis nikel

Orang sering mengira korosi nikel untuk karat - inilah yang sebenarnya terjadi:

Kesalahpahaman 1: "Baja berlapis nikel saya berkarat."

Fakta: Karat berasal dari Logam dasar baja, bukan pelapisan nikel.

Pelapisan nikel (5–50 μm tebal) melindungi baja dengan bertindak sebagai penghalang, tetapi jika pelapisan tergores atau aus, Baja terpapar oksigen dan kelembaban, membentuk karat.

Untuk mencegah ini, Baja berlapis nikel sering dilapisi dengan pernis bening atau digunakan di lingkungan kelembaban rendah.

Kesalahpahaman 2: “Nikel berubah menjadi coklat - bukan karat itu?”

Fakta: Perubahan warna coklat pada nikel menodai, bukan karat. Itu terbentuk saat nikel bereaksi dengan senyawa belerang di udara (MISALNYA., dari polusi atau gas alam) Untuk membuat nikel sulfida (Nis) atau nikel karbonat (Nico₃).

Taringnya tipis dan dapat dihilangkan dengan abrasif ringan (MISALNYA., soda kue), Tidak seperti Rust, yang merusak.

“Nikel di kamar mandi saya berkarat.”

Fakta: Air mandi mengandung klorida (dari pengolahan air keran) dan kelembaban, penyebab mana Korosi pitting di nikel (bukan karat).

Lubang kecil atau bintik -bintik putih yang Anda lihat adalah nikel hidroksida (Di dalam(OH)₂), bukan besi oksida. Menggunakan paduan nikel-kromium (MISALNYA., Inconel) di kamar mandi mencegah ini.

6. Menguji resistensi korosi nikel: Standar Industri

Untuk memastikan nikel dan paduannya memenuhi persyaratan korosi, Produsen mengandalkan tes standar:

Tes semprotan garam (ASTM B117)

Mengevaluasi resistensi terhadap lingkungan yang kaya klorida. Sampel terpapar a 5% NaCl Mist pada suhu 35 ° C selama 100-1.000 jam. Lulus Kriteria untuk Nikel Murni: tidak ada lubang atau korosi setelahnya 500 jam.

Spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS)

Mengukur integritas lapisan pasif dengan menerapkan tegangan ac kecil ke permukaan nikel.

Impedansi tinggi (resistensi terhadap aliran arus) menunjukkan lapisan yang stabil - nikel murni biasanya memiliki impedansi >10⁶ ohm · cm² dalam air netral.

Pengujian penurunan berat badan (ASTM G1)

Mengukur laju korosi dengan menimbang sampel nikel sebelum dan sesudah terpapar lingkungan korosif. Untuk nikel murni di air laut, Penurunan berat badan seharusnya <0.01 g/m²/hari.

7. Aplikasi Industri Paduan Nikel

Ketidakmampuan nikel terhadap karat dan ketahanan korosi yang kuat membuatnya tak tergantikan di sektor -sektor utama:

Teknik Laut

Monel 400 dan Inconel 625 digunakan untuk baling -baling kapal, Komponen platform lepas pantai, dan pompa air laut - di mana ketahanannya terhadap lubang klorida dan korosi air laut memastikan 20-30 tahun pelayanan (vs.. 5–10 tahun untuk baja).

Pemrosesan Kimia

Paduan nikel menangani bahan kimia agresif seperti asam sulfat (Monel 400) dan asam klorida (Hastelloy C-276, paduan nikel-molybdenum).

Misalnya, Hastelloy C-276 memiliki tingkat korosi <0.01 mm/tahun in 20% HCl pada 60 ° C - jauh lebih baik dari nikel murni.

Elektronik

Nikel ultra-murni (99.99%) digunakan dalam wafer semikonduktor dan terminal baterai, di mana permukaan bebas noda dan ketahanan terhadap asam ringan (MISALNYA., solusi pembersih) sangat penting.

Arsitektur

Paduan Nikel-Chromium (MISALNYA., Inconel 600) digunakan untuk membangun fasad dan monumen - mereka mempertahankan penampilan perak mereka selama beberapa dekade (tidak ada karat, Tinja minimal) dan tahan polusi perkotaan.

8. Kesimpulan: Nikel tidak berkarat, Tapi itu bisa mengikat

Nikel tidak pernah berkarat, Karena karat adalah besi oksida dan nikel tidak memiliki zat besi. Itu alami lapisan oksida melindunginya dari sebagian besar korosi, menjaganya jauh lebih tahan lama daripada baja dalam kondisi normal.

Tapi nikel dapat mengikat dalam situasi tertentu: Air yang kaya klorida, kotoran di logam, atau asam kuat dapat merusak lapisan pelindungnya.

Dengan paduan nikel dengan logam seperti kromium, Molybdenum, atau tembaga, Insinyur membuat paduan seperti Inconel Dan Monel, yang menahan bahan kimia kasar, suhu tinggi, dan air laut.

FAQ

Dapatkah item berlapis nikel tahan karat?

Tidak - pelapisan nickel adalah penghalang, Tapi jika itu rusak, logam yang mendasari (sering baja) Will Rust.

Untuk item "tahan karat" berlapis nikel ", Gunakan lapisan dupleks (nikel + chrome) atau pilih bahan dasar paduan nikel (MISALNYA., Monel) bukannya baja.

Apakah nikel lebih tahan korosi daripada stainless steel?

Itu tergantung pada tingkat stainless steel. Nikel murni lebih tahan terhadap air laut daripada 304 baja tahan karat (cenderung pitting),

Tetapi 316 baja tahan karat (dengan molibdenum) mencocokkan atau melebihi resistensi klorida nikel murni dengan biaya lebih rendah.

Apakah nikel korosi di kolam air asin?

Ya - Kolam Air Saltwater memiliki 3.000–5.000 ppm CL⁻, yang dapat menyebabkan pitting dalam nikel murni.

Gunakan Inconel 625 atau 316 baja tahan karat untuk komponen kolam renang (MISALNYA., tangga, perlengkapan) untuk menghindari korosi.

Bagaimana saya bisa membersihkan nikel ternoda tanpa merusaknya?

Gunakan larutan air hangat dan sabun cuci piring ringan, atau pasta soda kue dan air (cukup abrasif untuk menghilangkan noda, Cukup lembut untuk tidak menggaruk lapisan pasif).

Hindari bahan kimia yang keras seperti pemutih, yang melarutkan nio.

Adalah nikel yang digunakan dalam pelapis preventif karat untuk baja?

Ya - pelapisan nikel elektroless (seragam, lapisan tebal) diterapkan pada bagian baja (MISALNYA., baut otomotif, Silinder hidrolik) untuk mencegah karat.

Lapisan nikel bertindak sebagai penghalang, dan lapisan oksida pasifnya menahan kelembaban.