Per affrontare la domanda “Russe Nichel?"Complessivamente, Per prima cosa chiariamo una distinzione critica: La ruggine è il termine comune per l'ossido di ferro (Fe₂o₃ o fe₃o₄), Un prodotto di corrosione marrone rosso esclusiva per leghe contenenti ferro e ferro.
Nichel, un metallo di transizione senza ferro nella sua forma pura, non può formare ruggine.
Tuttavia, Il nichel può corrodere, sviluppando sottile, strati di ossido protettivo o, in ambienti difficili, composti più dannosi come idrossidi di nichel o solfuri.
1. Ruggine vs. Corrosione: Perché il nichel non può arrugginire
Per risolvere la domanda principale, Dobbiamo prima definire i termini chiave:
- Ruggine: Un ossido di ferro idratato (PER ESEMPIO., Feo(OH)Nh₂o) formato quando il ferro reagisce con ossigeno e umidità.
È poroso, traballante, e non offre protezione contro l'ulteriore corrosione: questo è il motivo per cui ruggine in acciaio non rivestite rapidamente in ambienti bagnati. - Corrosione: La degradazione elettrochimica di qualsiasi metallo dovuto alle reazioni con l'ambiente.
Per metalli non ferrosi come il nichel, La corrosione produce ossidi, idrossidi, o sali che possono essere protettivi (passivo) o distruttivo.
Puro nichel (È ≥ 99.0%) Non contiene ferro, Quindi non può formare ossido di ferro (ruggine). Invece,
I prodotti di corrosione di Nickel sono principalmente ossido di nichel (Nio), idrossido di nichel (In(OH)₂), O carbonato di nichel (Nico₃)—Cogniti che si comportano in modo molto diverso dalla ruggine.
2. La resistenza alla corrosione di Nickel: Lo strato di ossido passivo
La reputazione di nichel per la resistenza alla corrosione deriva dalla sua capacità di formare a magro, strato di ossido passivo aderente Sulla sua superficie, una barriera elettrochimica che blocca ulteriori reazioni con l'ambiente.
Ecco come funziona questo processo:
Formazione dello strato passivo
Se esposto all'ossigeno (aria, acqua, o ambienti ossidanti), Il nichel subisce una rapida reazione: 2In + o2 → 2NIO
Questo livello nio è giusto 2–5 nanometri (nm) spesso (1 nm = 10⁻⁹ metri)—Invisibile per occhio nudo, ma densamente imballato e chimicamente stabile.
A differenza della ruggine porosa, Lo strato NIO aderisce strettamente alla superficie del nichel, impedire all'ossigeno e all'umidità di raggiungere il metallo sottostante.
In ambienti acquosi (PER ESEMPIO., acqua, acqua di mare), Lo strato si evolve per includere idrossido di nichel (In(OH)₂) E, in ambienti gassati, carbonato di nichel (Nico₃)— Delle quali rafforza la barriera passiva.
Stabilità dello strato passivo
Lo strato NIO rimane stabile in una vasta gamma di condizioni:
- gamma di pH: Efficace in neutro (ph 6–8) e leggermente alcalino (pH 8–12) ambienti.
In acidi lievi (PER ESEMPIO., 5% acido acetico), Lo strato si dissolve lentamente, Ma in acidi forti (PER ESEMPIO., 37% acido cloridrico), si rompe completamente. - Temperatura: Stabile fino a ~ 600 ° C in aria. Sopra questo, Nio si addensa e diventa poroso, Ridurre la sua capacità protettiva (PER ESEMPIO., a 800 ° C., Il nichel corrode a ~ 0,1 mm/anno in aria, vs. <0.001 mm/anno a temperatura ambiente).
- Disponibilità di ossigeno: Richiede ossigeno minimo per mantenere, anche in acqua stagnante, Lo strato persiste, Rendere il nichel adatto per applicazioni sommerse (PER ESEMPIO., componenti marini).
Tassi di corrosione di nichel puro
| Ambiente | Tasso di corrosione | Note |
| Atmosfera urbana | <0.001 mm/anno | Trascurabile, >50-durata dell'anno |
| Acqua di mare (35,000 ppm cl⁻) | 0.005–0,01 mm/anno | Molto più basso dell'acciaio al carbonio (0.5–1 mm/anno) |
| Acqua dolce neutra | <0.005 mm/anno | Adatto per l'attrezzatura per il trattamento delle acque |
3. Fattori che riducono la resistenza alla corrosione del nichel
Sebbene il nichel sia altamente resistente alla corrosione a causa del suo strato di ossido passivo, Diversi fattori ambientali e relativi al materiale possono compromettere questa protezione.
Comprendere questi fattori è cruciale per prevedere le prestazioni del nichel e prevenire la corrosione localizzata o accelerata.
Ioni cloruro e alogenuri: Corrosione e corrosione della fessura
Ioni cloruro (Cl⁻)—Forni nell'acqua di mare, sale stradale, e salamori industriali: sono il più grande nemico di Nickel.
Penetrano lo strato di nio passivo in punti deboli (PER ESEMPIO., graffi, confini del grano) e iniziare mettono la corrosione: minuscolo, buchi localizzati che crescono nel tempo.
- Meccanismo: I cloruri reagiscono con il nichel per formare cloruro di nichel solubile (Nicl₂), che dissolve a livello locale lo strato di ossido.
Il nichel esposto quindi corrode rapidamente, Creare pozzi piccoli come 10 μm di diametro. - Fattori di rischio: Alte concentrazioni di cloruro (>1,000 ppm), Temperature elevate (>50° C.), e condizioni stagnanti (PER ESEMPIO., fessure tra parti nichel bullonate).
- Dati: Nell'acqua di mare (35,000 ppm cl⁻) a 60 ° C., Il tasso di corrosione di puro nichel salta a 0,05-0,1 mm/anno (5–10 × superiore rispetto a temperatura ambiente) a causa della vaiolazione.
Impurità nel nichel: Indebolire lo strato passivo
Nickel commerciale (PER ESEMPIO., Grado ASTM B162 200, 99.0-99,5% a) contiene tracce di impurità come il ferro (Fe), zolfo (S), e carbonio (C)—Tuva il quale riducono la resistenza alla corrosione:
- Ferro (Fe): Anche 0.5% Fe crea cellule microgalvaniche (Il ferro funge da anodo, nichel come catodo), accelerare la corrosione in ambienti bagnati.
Per esempio, Nickel con 1% Fe ha un tasso di corrosione dell'acqua di mare di 0.02 mm/anno (doppio di quello di 99.99% puro nichel). - Zolfo (S): Forma nichel solfuro (Nis) in ambienti solfidici (PER ESEMPIO., pozzi di petrolio e gas con H₂s), che è fragile e incline a cracking.
- Carbonio (C): A >0.1% C, Forme Nichel Carburo (Ni₃c), che interrompe lo strato passivo e aumenta il rischio di avvolgimento.
Nichel ultra-ad alta purezza (99.99% In) evita questi problemi, rendendolo ideale per applicazioni critiche come la produzione di semiconduttori.
Acidi forti e ambienti di riduzione
Lo strato di nio passivo si dissolve in acidi forti riducenti (PER ESEMPIO., acido cloridrico, HCl) o acidi non ossidanti (PER ESEMPIO., acido solforico, H₂so₄ > 20% concentrazione). Per esempio:
- In 37% HCl (temperatura ambiente), Il nichel puro corrode a 1-2 mm/anno (rapido degrado, Nessun livello passivo).
- Negli acidi ossidanti (PER ESEMPIO., acido nitrico, Hno₃), lo strato è rafforzato (L'acido nitrico funge da ossidante), Quindi il nichel resiste alla corrosione (valutare <0.01 mm/anno in 65% Hno₃).
4. Leghe di nichel: Migliorare la resistenza alla corrosione
| Lega | Composizione (Elementi importanti) | Vantaggio di resistenza alla corrosione | Tasso di corrosione nell'acqua di mare (mm/anno) | Applicazioni tipiche |
| Puro nichel (99.99%) | È ≥ 99.99% | Eccellente resistenza all'atmosfera generale e all'acqua dolce | 0.005–0.01 | Elettronica, termocoppie, Navi chimiche |
| Monel 400 | 65% In, 34% Cu, 1% Fe | Resistenza superiore a acqua di mare e acidi riducenti (H₂so₄ <30%) | 0.002–0.005 | Valvole marine, alberi dell'elica, scambiatori di calore |
| Incontro 625 | 59% In, 21.5% Cr, 9% Mo | Resistenza eccezionale a cloruri, fessura e corrosione, stabile fino a 650 ° C | <0.001 | Piattaforme petrolifere offshore, Reattori chimici, Pipeline sottomarine |
| 304 Acciaio inossidabile | 18% Cr, 8% In, 74% Fe | Buona resistenza alla corrosione in ambienti lievi; soggetto a vaiolatura in ambienti ricchi di cloruro | 0.01–0.02 | Elettrodomestici da cucina, Tasco architettonico |
| 316 Acciaio inossidabile | 16–18% cr, 10-14% ha, 2–3% Mo, Equilibrio Fe | Resistenza al cloruro migliorata vs. 304 a causa di mo; Adatto per ambienti marini e chimici | 0.005–0.01 | Attrezzatura marina, serbatoi chimici, Architettura costiera |
5. Idee sbagliate comuni: "Rust" su articoli nichel o nichelati
Le persone spesso confondono la corrosione del nichel per la ruggine: ecco cosa sta realmente accadendo:
Malinteso 1: "Il mio acciaio nichelato arrugginito."
Fatto: La ruggine proviene dal metallo a base d'acciaio, non la placcatura nichela.
Placcatura in nichel (5–50 μm di spessore) protegge l'acciaio agendo come barriera, Ma se la placcatura è graffiata o indossata, L'acciaio è esposto all'ossigeno e all'umidità, formare ruggine.
Per prevenire questo, L'acciaio nichelato è spesso rivestito con una lacca chiara o utilizzato in ambienti a bassa mono.
Malinteso 2: "Il nichel diventa marrone, non è quella ruggine?"
Fatto: Lo scolorimento marrone sul nichel è appannare, non ruggine. Si forma quando il nichel reagisce con composti di zolfo nell'aria (PER ESEMPIO., dall'inquinamento o dal gas naturale) per creare nichel solfuro (Nis) o carbonato di nichel (Nico₃).
Tarnish è sottile e può essere rimosso con un lieve abrasivo (PER ESEMPIO., bicarbonato di sodio), A differenza della ruggine, che è distruttivo.
"Nickel nella mia doccia arrugginita."
Fatto: L'acqua della doccia contiene cloruri (Dal trattamento dell'acqua del rubinetto) e umidità, quale causa mettono la corrosione su nichel (non ruggine).
I piccoli fori o le macchie bianche che vedi sono idrossido di nichel (In(OH)₂), non ossido di ferro. Usando leghe di nichel-cromo (PER ESEMPIO., Incontro) nelle docce impedisce questo.
6. Testare la resistenza alla corrosione del nichel: Standard del settore
Per garantire che il nichel e le sue leghe soddisfino i requisiti di corrosione, I produttori si affidano a test standardizzati:
Test di spruzzatura salina (ASTM B117)
Valuta la resistenza agli ambienti ricchi di cloruro. I campioni sono esposti a a 5% NaCl Mist a 35 ° C per 100-1000 ore. Passa i criteri per il nichel puro: nessuna corrosione o corrosione dopo 500 ore.
Spettroscopia di impedenza elettrochimica (Eis)
Misura l'integrità dello strato passivo applicando una piccola tensione CA alla superficie del nichel.
Un'alta impedenza (Resistenza al flusso di corrente) indica uno strato stabile: il nichel pure in genere ha un'impedenza di >10⁶ Ohm · cm² in acqua neutra.
Test di perdita di peso (ASTM G1)
Misura il tasso di corrosione pesando un campione di nichel prima e dopo l'esposizione a un ambiente corrosivo. Per puro nichel in acqua di mare, La perdita di peso dovrebbe essere <0.01 g/m²/giorno.
7. Applicazioni industriali della lega di nichel
L'incapacità del nichel di arrugginire e la sua forte resistenza alla corrosione lo rendono insostituibile nei settori chiave:
Ingegneria marina
Monel 400 e inconel 625 sono utilizzati per le eliche di navi, Componenti della piattaforma offshore, e pompe per l'acqua di mare: dove la loro resistenza alla corrosione del cloruro e alla corrosione dell'acqua di mare garantisce 20-30 anni di servizio (vs. 5–10 anni per l'acciaio).
Elaborazione chimica
Le leghe di nichel maneggiano sostanze chimiche aggressive come l'acido solforico (Monel 400) e acido cloridrico (Hastelloy C-276, una lega di nichel-molibdeno).
Per esempio, Hastelloy C-276 ha un tasso di corrosione di <0.01 mm/anno in 20% HCl a 60 ° C - facile meglio del nichel puro.
Elettronica
Nichel ultra-pure (99.99%) viene utilizzato nei wafer e ai terminali della batteria a semiconduttore, dove superfici prive di appalto e resistenza ad acidi lievi (PER ESEMPIO., soluzioni per la pulizia) sono critici.
Architettura
Leghe di nichel-cromium (PER ESEMPIO., Incontro 600) sono usati per costruire facciate e monumenti: mantengono il loro aspetto d'argento per decenni (Nessuna ruggine, Appartamento minimo) e resistere all'inquinamento urbano.
8. Conclusione: Nickel non arrugginito, ma può corrodere
Nichel non arrugginire mai, Perché la ruggine è l'ossido di ferro e il nichel non ha ferro. È naturale strato di ossido protegge dalla maggior parte della corrosione, mantenendolo molto più resistente dell'acciaio in condizioni normali.
Ma nichel può corrodere in determinate situazioni: Acqua ricca di cloruro, impurità nel metallo, o acidi forti possono danneggiare il suo strato protettivo.
Allegare il nickel con metalli come cromo, molibdeno, o rame, Gli ingegneri creano leghe come Incontro E Monel, che resistono a sostanze chimiche aggressive, Temperature elevate, e acqua di mare.
FAQ
Gli oggetti nichelati possono mai essere a prova di ruggine?
NO: la placcatura Nickel è una barriera, Ma se è danneggiato, il metallo sottostante (spesso acciaio) arrugginirà.
Per oggetti nichelati "a prova di ruggine", Usa un rivestimento duplex (nichel + cromo) oppure seleziona un materiale di base in lega di nichel (PER ESEMPIO., Monel) invece di acciaio.
È nichel più resistente alla corrosione dell'acciaio inossidabile?
Dipende dal grado in acciaio inossidabile. Il nichel puro è più resistente all'acqua di mare che 304 acciaio inossidabile (incline alla vaiolazione),
Ma 316 acciaio inossidabile (con molibdeno) corrisponde o supera la resistenza al cloruro del nichel puro a un costo inferiore.
Il nichel si corrode nelle pozze d'acqua salata?
Sì, i pool di Saltwater hanno 3.000-5.000 ppm Cl⁻, che può causare la vaiolatura in puro nichel.
Usa Inconel 625 O 316 acciaio inossidabile per componenti della piscina (PER ESEMPIO., scale, raccordi) per evitare la corrosione.
Come posso pulire il nichel offuscato senza danneggiarlo?
Usa una soluzione delicata di acqua calda e sapone per i piatti, o una pasta di bicarbonato di sodio e acqua (Abbastanza abrasivo da rimuovere appannarsi, Abbastanza delicato da non graffiare lo strato passivo).
Evita sostanze chimiche aggressive come la candeggina, che dissolvono nio.
È il nichel utilizzato nei rivestimenti preventivi per la ruggine per l'acciaio?
Sì: placcatura di nichel elettroless (un'uniforme, rivestimento denso) viene applicato alle parti in acciaio (PER ESEMPIO., bulloni automobilistici, cilindri idraulici) per prevenire la ruggine.
Lo strato di nichel funge da barriera, e il suo strato di ossido passivo resiste all'umidità.
