ニッケルは錆びます? ニッケルの腐食挙動を理解する

質問に対処するために、「ニッケルの錆があります?」包括的に, 最初に重要な区別を明確にします: 錆は酸化鉄の一般的な用語です (fe₂o₃またはfe₃o₄), 鉄と鉄を含む合金専用の赤茶色の腐食製品.

ニッケル, 純粋な形に鉄のない遷移金属, 錆を形成できません.

しかし, ニッケルは腐食する可能性があります - 薄く発達します, 保護酸化物層または, 過酷な環境で, ニッケル水酸化物や硫化物などのより多くの損傷した化合物.

1. さびvs. 腐食: ニッケルが錆びられない理由

コアの質問を解決するため, 最初に重要な用語を定義する必要があります:

• さび: 酸化炭化鉄 (例えば。, フェオ(おお)nh₂o) 鉄が酸素と水分と反応すると形成されます.
  多孔質です, フレーク状, そして、さらなる腐食に対する保護を提供しません。これが、湿った環境で急速に耐えられない鋼鉄の錆びをもたらす理由です.
• 腐食: その周囲との反応による金属の電気化学的分解.
  ニッケルのような非鉄金属用, 腐食は酸化物を生成します, 水酸化物, または保護される可能性のある塩 (受け身) または破壊的.

純粋なニッケル (≥です 99.0%) 鉄は含まれていません, したがって、酸化鉄を形成することはできません (さび). その代わり,
ニッケルの腐食製品は主にです 酸化ニッケル (ニオ), ニッケル水酸化物 (で(おお)₂), または ニッケル炭酸塩 (ニコ₃) - 錆とは非常に異なって振る舞うcompounds.

2. ニッケルの腐食抵抗: 受動的な酸化物層

腐食抵抗に対するニッケルの評判は、その形成能力に起因する 薄い, 接着パッシブ酸化物層 その表面 - 環境とのさらなる反応をブロックする電気化学的障壁.

このプロセスの仕組みは次のとおりです:

受動層の形成

酸素にさらされた場合 (空気, 水, または酸化環境), ニッケルは急速な反応を起こします: 2in + o2→2nio
このnioレイヤーはまさにです 2–5ナノメーター (nm) 厚い (1 nm = 10〜メートル) - 肉眼では邪悪ですが、密に詰められ、化学的に安定しています.

多孔質の錆とは異なり, NIO層は、ニッケル表面にしっかりと接着します, 酸素と水分が下にある金属に到達するのを防ぎます.

水性環境で (例えば。, 水, 海水), レイヤーは含めるように進化します ニッケル水酸化物 (で(おお)₂) そして, 炭酸環境で, ニッケル炭酸塩 (ニコ₃) - どちらも受動的な障壁を強化します.

受動層の安定性

NIO層は、広範囲の条件で安定したままです:

• pH範囲: ニュートラルで効果的です (pH 6–8) そして少しアルカリ性 (pH 8–12) 環境.
  軽度の酸で (例えば。, 5% 酢酸), レイヤーはゆっくりと溶解します, しかし、強酸で (例えば。, 37% 塩酸), それは完全に壊れます.
• 温度: 空気中で最大600°Cの安定. この上, ニオは厚くなり、多孔質になります, その保護能力を低下させます (例えば。, 800°Cで, ニッケルは、空気中で年間約0.1 mm/年で腐食します, vs. <0.001 室温でのMM/年).
• 酸素の可用性: 維持するには、停滞した水でさえ、維持するために最小限の酸素が必要です, レイヤーは持続します, 水中アプリケーションに適したニッケルを作成します (例えば。, 海洋成分).

純粋なニッケルの腐食率

3. ニッケルの腐食抵抗を減らす要因

ニッケルは、その受動的な酸化物層のために非常に腐食耐性がありますが, いくつかの環境関連および材料関連の要因は、この保護を損なう可能性があります.

これらの要因を理解することは、ニッケルのパフォーマンスを予測し、局所的または加速した腐食を防ぐために重要です.

塩化物およびハロゲン化イオン: ピッティングと隙間の腐食

塩化物イオン (cl⁻) - 海水でファウンド, 道路塩, そして、産業の塩水 - ニッケルの最大の敵です.

彼らは、弱点でパッシブニオ層を貫通します (例えば。, 傷, 穀物の境界) そして開始します ピット腐食: 小さい, 時間とともに成長する局所的な穴.

• 機構: 塩化物はニッケルと反応して、可溶性ニッケル塩化物を形成します (nicl₂), 酸化物層を局所的に溶解します.
  露出したニッケルは急速に腐食します, 同じように小さいピットを作成します 10 直径μm.
• リスク要因: 塩化物濃度が高い (>1,000 ppm), 高温 (>50°C), および停滞した条件 (例えば。, ボルト張りのニッケル部品間の隙間).
• データ: 海水で (35,000 ppmcl⁻) 60°Cで, 純粋なニッケルの腐食率は0.05〜0.1 mm/年にジャンプします (5–10×室温よりも高い) 孔食のため.

ニッケルの不純物: 受動層を弱める

コマーシャルニッケル (例えば。, ASTM B162グレード 200, 99.0-99.5％at) 鉄のような痕跡の不純物が含まれています (fe), 硫黄 (s), と炭素 (c) - これらはすべて腐食抵抗を減らします:

• 鉄 (fe): 平 0.5% Feはミクロガルバニック細胞を作成します (鉄はアノードとして機能します, カソードとしてのニッケル), 湿った環境での腐食の加速.
  例えば, ニッケルと 1% Feには海水腐食率があります 0.02 MM/年 (のそれを2倍にします 99.99% 純粋なニッケル).
• 硫黄 (s): 硫化ニッケルを形成します (NIS) 硫化環境で (例えば。, h₂sを備えたオイルとガスの井戸), これは脆く、割れやすい傾向があります.
• 炭素 (c): で >0.1% c, 炭化ニッケルを形成します (ni₃c), パッシブ層を破壊し、ピットリスクを増加させます.

超高純度のニッケル (99.99% で) これらの問題を回避します, 半導体製造などの重要なアプリケーションに最適です.

強酸と還元環境

受動的なNIO層は、強い還元酸に溶解します (例えば。, 塩酸, HCl) または非酸化酸 (例えば。, 硫酸, h₂so₄ > 20% 集中). 例えば:

• で 37% HCl (室温), 純粋なニッケルは1〜2 mm/年に腐食します (急速な劣化, パッシブ層はありません).
• 酸化酸で (例えば。, 硝酸, hno₃), レイヤーが補強されます (硝酸は酸化剤として機能します), したがって、ニッケルは腐食に抵抗します (レート <0.01 mm/year in 65% hno₃).

4. ニッケル合金: 耐食性の向上

5. 一般的な誤解: ニッケルまたはニッケルメッキのアイテムの「錆」

人々はしばしばニッケルの腐食を錆と間違えます - ここは本当に起こっていることです:

誤解 1: 「私のニッケルメッキの鋼鉄は錆びました。」

事実: さびはから来ています スチール製のベースメタル, ニッケルメッキではありません.

ニッケルメッキ (5–50μm厚) 障壁として機能することにより、鋼を保護します, しかし、メッキが掻いたり摩耗している場合, 鋼は酸素と水分にさらされています, 錆の形成.

これを防ぐため, ニッケルメッキスチールは、しばしば透明なラッカーでコーティングされているか、低陽性環境で使用されています.

誤解 2: 「ニッケルは茶色になります。それは錆びません?」

事実: ニッケルの茶色の変色はです 変色します, さびではありません. ニッケルが空気中の硫黄化合物と反応すると形成されます (例えば。, 汚染または天然ガスから) 硫化ニッケルを作成します (NIS) または炭酸ニッケル (ニコ₃).

変色は薄く、軽度の研磨剤で除去できます (例えば。, 重曹), 錆とは異なり, これは破壊的です.

「私のシャワーのニッケルは錆びました。」

事実: シャワー水には塩化物が含まれています (水道水処理から) と水分, それが原因です ピット腐食 ニッケルで (さびではありません).

あなたが見る小さな穴や白い斑点は水酸化ニッケルです (で(おお)₂), 酸化鉄ではありません. ニッケルクロミウム合金を使用します (例えば。, インコネル) シャワーではこれを防ぎます.

6. ニッケルの腐食抵抗のテスト: 業界標準

ニッケルとその合金が腐食要件を満たすようにするため, メーカーは標準化されたテストに依存しています:

塩スプレーテスト (ASTM B117)

塩化物が豊富な環境に対する耐性を評価します. サンプルはaにさらされます 5% 35°Cで100〜1,000時間のNaCl Mist. 純粋なニッケルの基準を渡します: 後に孔食や腐食はありません 500 時間.

電気化学インピーダンス分光法 (EIS)

ニッケル表面に小さなAC電圧を適用することにより、パッシブ層の完全性を測定します.

高いインピーダンス (電流の流れに対する抵抗) 安定した層を示します - 純粋なニッケルは通常、 >10中立水中のオーム・cm².

減量テスト (ASTM G1)

腐食性環境への暴露の前後にニッケルサンプルを計量することにより、腐食速度を測定します. 海水中の純粋なニッケル用, 減量はそうあるべきです <0.01 g/m²/日.

7. ニッケル合金の産業用途

ニッケルが錆びないこととその強い腐食抵抗により、主要なセクターではかけがえのないものになります:

海洋工学

モネル 400 そしてインコネル 625 船舶のプロペラに使用されます, オフショアプラットフォームコンポーネント, 海水ポンプ - 塩化物の孔食と海水腐食に対する耐性により、20〜30年のサービスが保証されます (vs. 5 - 鋼の10年).

化学処理

ニッケル合金は、硫酸などの攻撃的な化学物質を扱います (モネル 400) および塩酸酸 (Hastelloy C-276, ニッケル - モリブデン合金).

例えば, Hastelloy C-276には腐食速度があります <0.01 mm/year in 20% 60°CのHCl - 純粋なニッケルよりも優れています.

エレクトロニクス

ウルトラピュアニッケル (99.99%) 半導体ウェーハとバッテリー端子で使用されます, ここでは、変色のない表面と軽度の酸に対する耐性 (例えば。, クリーニングソリューション) 重要です.

建築

ニッケルクロミウム合金 (例えば。, インコネル 600) ファサードやモニュメントの構築に使用されます。彼らは何十年もの間銀の外観を保持しています (錆はありません, 最小限の変色) 都市汚染に耐えます.

8. 結論: ニッケルは錆びません, しかし、それは腐食する可能性があります

ニッケル 錆びないでください, さびは酸化鉄であり、ニッケルには鉄がないので. その自然 酸化物層 ほとんどの腐食から保護します, 通常の条件で鋼よりもはるかに耐久性を保つ.

しかし、ニッケル 腐食できます 特定の状況下で: 塩化物が豊富な水, 金属の不純物, または強酸は保護層を損傷する可能性があります.

ニッケルを、ような金属と合金化することにより クロム, モリブデン, または銅, エンジニアは、などの合金を作成します インコネル そして モネル, 厳しい化学物質に抵抗します, 高温, と海水.

FAQ

ニッケルメッキのアイテムは錆びないことができます?

いいえ - ニッケルメッキは障壁です, しかし、それが破損している場合, 基礎となる金属 (多くの場合、鋼) 錆びます.

「錆びない」ニッケルメッキアイテムの場合, 二重コーティングを使用します (ニッケル + クロム) または、ニッケル合金ベース材料を選択します (例えば。, モネル) 鋼の代わりに.

ニッケルはステンレス鋼よりも耐食性です?

ステンレス鋼のグレードに依存します. 純粋なニッケルは、海水よりも耐性があります 304 ステンレス鋼 (孔食が出る傾向があります),

しかし 316 ステンレス鋼 (モリブデンと) 純粋なニッケルの塩化物耐性を低コストで一致させるか、それを超える.

塩水プールでニッケルは腐食しますか?

はい - サルトウォータープールには3,000〜5,000 ppmCl⁻があります, 純粋なニッケルの孔食を引き起こす可能性があります.

Inconelを使用してください 625 または 316 プールコンポーネント用のステンレス鋼 (例えば。, はしご, フィッティング) 腐食を避けるため.

損傷することなく、変色したニッケルを掃除するにはどうすればよいですか?

温水と食器用石鹸の穏やかな溶液を使用する, または重曹と水のペースト (変色を除去するのに十分な研磨剤, 受動的な層を引っ掛けないほど穏やかです).

漂白剤のような過酷な化学物質を避けてください, ニオを溶解します.

スチール用の錆び防止コーティングではニッケルが使用されています?

はい - エレクトロレスニッケルメッキ (ユニフォーム, 厚いコーティング) 鋼部品に適用されます (例えば。, 自動車ボルト, 油圧シリンダー) さびを防ぐため.

ニッケル層は障壁として機能します, そして、その受動的な酸化物層は水分に抵抗します.