Norėdami išspręsti klausimą „Ar nikelis rūdys?“, Pirmiausia paaiškiname kritinį skirtumą: Rūdis yra dažnas geležies oksido terminas (Fe₂o₃ arba fe₃o₄), Raudonos rudos korozijos produktas, išskirtinis geležies ir geležies turinčioms lydiniams.
Nikelis, Pereinamasis metalas, kuriame nėra geležies grynos formos, negali suformuoti rūdžių.
Tačiau, Nikelis gali koroduoti - sukuria ploną, apsauginiai oksido sluoksniai arba, atšiaurioje aplinkoje, Daugiau žalingų junginių, tokių kaip nikelio hidroksidai ar sulfidai.
1. Rūdis vs. Korozija: Kodėl nikelis negali rūdyti
Norėdami išspręsti pagrindinį klausimą, Pirmiausia turime apibrėžti pagrindinius terminus:
- Rūdis: Hidratuoto geležies oksido (Pvz., Feo(Oi)Nh₂o) susidarė, kai geležis reaguoja su deguonimi ir drėgme.
Tai porėta, FLAKY, ir nesuteikia jokios apsaugos nuo tolesnės korozijos - todėl drėgnoje aplinkoje greitai nepadengtos plieno rūdys. - Korozija: Bet kokio metalo elektrocheminis skilimas dėl reakcijų su jo aplinka.
Ne šaldiesiems metalams, tokiems kaip nikelis, Korozija gamina oksidus, Hidroksidai, arba druskos, kurios gali būti apsauginės (pasyvus) arba destruktyvus.
Grynas nikelis (Yra ≥ 99.0%) nėra geležies, Taigi jis negali susidaryti geležies oksido (rūdis). Vietoj,
Nikelio korozijos produktai pirmiausia yra Nikelio oksidas (NIO), Nikelio hidroksidas (Į(Oi)₂), arba Nikelio karbonatas (Nico₃)—Nompatija, kuri elgiasi labai skirtingai nei rūdis.
2. Nikelio atsparumas korozijai: Pasyvus oksido sluoksnis
Nikelio atsparumo korozijai reputacija kyla iš jo sugebėjimo formuoti a plonas, prižiūrimas pasyvaus oksido sluoksnis jo paviršiuje - elektrocheminis barjeras, blokuojantis tolesnę reakciją su aplinka.
Štai kaip šis procesas veikia:
Pasyvaus sluoksnio formavimas
Kai veikiama deguonies (oras, vanduo, arba oksiduojanti aplinka), Nikelis greitai reaguoja: 2In + o2 → 2nio
Šis NIO sluoksnis yra teisingas 2–5 nanometrai (nm) storas (1 NM = 10⁻⁹ metrai)—Tinant plika akimi, bet tankiai supakuota ir chemiškai stabili.
Skirtingai nuo porėtos rūdžių, NIO sluoksnis tvirtai prilimpa prie nikelio paviršiaus, Užkirsti kelią deguonimi ir drėgmei pasiekti apatinį metalą.
Vandeninėje aplinkoje (Pvz., vanduo, Jūros vanduo), sluoksnis vystosi įtraukiant Nikelio hidroksidas (Į(Oi)₂) ir, gazuotoje aplinkoje, Nikelio karbonatas (Nico₃)—T.
Pasyvaus sluoksnio stabilumas
NIO sluoksnis išlieka stabilus įvairiomis sąlygomis:
- PH diapazonas: Efektyvus neutralioje (pH 6–8) ir šiek tiek šarminis (pH 8–12) aplinka.
Švelniose rūgštyse (Pvz., 5% acto rūgštis), sluoksnis ištirpsta lėtai, bet stipriose rūgštyse (Pvz., 37% druskos rūgštis), jis visiškai sugenda. - Temperatūra: Stabilus iki ~ 600 ° C ore. Viršuje, NIO sutirštėja ir tampa porėtas, Sumažindamas savo apsauginius sugebėjimus (Pvz., 800 ° C temperatūroje, Nikelio korozija esant ~ 0,1 mm per metus ore, vs. <0.001 mm per metus kambario temperatūroje).
- Deguonies prieinamumas: Reikia išlaikyti minimalų deguonį - net sustingusiame vandenyje, sluoksnis išlieka, Nickelio padarymas tinkamam panardintoms programoms (Pvz., Jūrų komponentai).
Gryno nikelio korozijos greitis
| Aplinka | Korozijos greitis | Pastabos |
| Miesto atmosfera | <0.001 mm per metus | Nereikšminga, >50-Metų gyvenimo trukmė |
| Jūros vanduo (35,000 ppm Cl⁻) | 0.005–0,01 mm per metus | Žymiai žemesnis už anglies plieną (0.5–1 mm per metus) |
| Neutralus gėlas vanduo | <0.005 mm per metus | Tinka vandens valymo įrangai |
3. Veiksniai, kurie sumažina nikelio atsparumą korozijai
Nors dėl pasyvaus oksido sluoksnio nikelis yra labai atsparus korozijai, Keli aplinkos ir su medžiagomis susiję veiksniai gali pakenkti šiai apsaugai.
Suprasti šiuos veiksnius labai svarbu numatyti nikelio veikimą ir užkirsti kelią lokalizuotai ar pagreitintai korozijai.
Chlorido ir halogenido jonai: Įbrėžimas ir plyšio korozija
Chlorido jonai (Cl⁻)—Pasaduotas jūros vandenyje, kelio druska, Ir pramoniniai sūrymai - yra didžiausias nikelio priešas.
Jie prasiskverbia į pasyvų NIO sluoksnį silpnuose taškuose (Pvz., įbrėžimai, grūdų ribos) ir inicijuoti Korozija: mažytė, lokalios skylės, kurios laikui bėgant auga.
- Mechanizmas: Chloridai reaguoja su nikeliu, kad susidarytų tirpus nikelio chloridas (Nicl₂), kuris ištirpina oksido sluoksnį vietoje.
Tada paveiktas nikelis greitai korozuoja, Duobių kūrimas taip mažas kaip 10 μm skersmens. - Rizikos veiksniai: Didelė chlorido koncentracija (>1,000 ppm), Aukšta temperatūra (>50° C.), ir sustingusios sąlygos (Pvz., įtrūkimai tarp varžtų nikelio dalių).
- Duomenys: Jūros vandenyje (35,000 ppm Cl⁻) esant 60 ° C., Gryno nikelio korozijos greitis padidėja iki 0,05–0,1 mm per metus (5–10 × didesnis nei kambario temperatūroje) Dėl duobės.
Priemaišos nikelis: Sumažėjęs pasyvų sluoksnį
Komercinis nikelis (Pvz., ASTM B162 laipsnis 200, 99.0-99,5%) Sudėtyje yra tokių pėdsakų priemaišų kaip geležis (Fe), Sieros (S), ir anglis (C)—Als sumažina atsparumą korozijai:
- Lygintuvas (Fe): Net 0.5% Fe sukuria mikrogaldvanines ląsteles (Geležinis veikia kaip anodas, Nikelis kaip katodas), spartėja korozija drėgnoje aplinkoje.
Pavyzdžiui, Nikelis su 1% Fe turi jūros vandens korozijos greitį 0.02 mm per metus (dvigubai didesnis nei 99.99% grynas nikelis). - Sieros (S): Sudaro nikelio sulfidą (Nis) sulfidinėje aplinkoje (Pvz., Naftos ir dujų šuliniai su H₂S), kuri yra trapi ir linkusi į krekingus.
- Anglies (C): At >0.1% C, sudaro nikelio karbidą (Ni₃c), kuris sutrikdo pasyvų sluoksnį ir padidina riziką.
Ypač aukšto grynumo nikelis (99.99% Į) Vengia šių klausimų, todėl tai idealiai tinka kritinėms programoms, tokioms kaip puslaidininkių gamyba.
Stiprios rūgštys ir mažinanti aplinka
Pasyvus NIO sluoksnis ištirpsta stipriai redukuojančiose rūgštyse (Pvz., druskos rūgštis, HCl) arba neoksiduojančios rūgštys (Pvz., Sieros rūgštis, H₂so₄ > 20% Koncentracija). Pavyzdžiui:
- Į 37% HCl (kambario temperatūra), Grynas nikelio korozija esant 1–2 mm per metus (greitas degradacija, Nėra pasyvaus sluoksnio).
- Oksiduojančiose rūgštyse (Pvz., Azoto rūgštis, Hno₃), sluoksnis yra sutvirtintas (Azoto rūgštis veikia kaip oksidatorius), Taigi nikelis priešinasi korozijai (įvertinti <0.01 mm per metus 65% Hno₃).
4. Nikelio lydiniai: Sustiprina atsparumą korozijai
| Lydinys | Kompozicija (Pagrindiniai elementai) | Atsparumo korozijai pranašumas | Korozijos dažnis jūros vandenyje (mm per metus) | Tipiškos programos |
| Grynas nikelis (99.99%) | Yra ≥ 99.99% | Puikus atsparumas bendrai atmosferai ir gėlam vandeniui | 0.005–0.01 | Elektronika, Termoelementai, Cheminiai indai |
| Monel 400 | 65% Į, 34% Cu, 1% Fe | Aukščiausias pasipriešinimas Jūros vanduo ir rūgščių mažinimas (H₂so₄ <30%) | 0.002–0.005 | Jūrų vožtuvai, Sraigto velenai, Šilumokaičiai |
| Inconel 625 | 59% Į, 21.5% Kr, 9% MO | Išskirtinis atsparumas Chloridai, plyšys ir korozija, Stabilus iki 650 ° C | <0.001 | Naftos platformos jūroje, Cheminiai reaktoriai, povandeniniai vamzdynai |
| 304 Nerūdijantis plienas | 18% Kr, 8% Į, 74% Fe | Geras atsparumas korozijai švelnioje aplinkoje; linkęs į pūtimą chloridų turtingoje aplinkoje | 0.01–0.02 | Virtuvės prietaisai, Architektūrinis apdaila |
| 316 Nerūdijantis plienas | 16–18% Cr, 10-14% turi, 2–3% MO, pusiausvyra Fe | Patobulintas atsparumas chloridui vs. 304 Dėl Mo; Tinka jūrų ir cheminėms aplinkoms | 0.005–0.01 | Jūrų įranga, Cheminės talpyklos, Pakrantės architektūra |
5. Įprastos klaidingos nuomonės: „Rust“ ant nikelio ar nikelio dengtų daiktų
Žmonės dažnai klaidina nikelio koroziją dėl rūdžių - tai, kas iš tikrųjų vyksta:
Klaidinga nuomonė 1: „Mano nikeliuotas plienas rūdytas“.
Faktas: Rūdis gaunamas iš plieninis netauriškas metalas, ne nikelio danga.
Nikelio danga (5–50 μm storio) apsaugo plieną, veikdamas kaip barjeras, bet jei dengimas yra subraižytas arba susidėvėjęs, Plienas yra veikiamas deguonies ir drėgmės, formuojanti rūdis.
Norėdami tai išvengti, Nikeliuotas plienas dažnai padengtas skaidriu laku arba naudojamas mažos lengvosios atletikos aplinkose.
Klaidinga nuomonė 2: „Nikelis pasidaro rudas - ar ne tas rūdis?“
Faktas: Rudas nikelio spalvos pasikeitimas yra sugadinimas, Ne rūdis. Jis susidaro, kai nikelis reaguoja su sieros junginiais ore (Pvz., nuo taršos ar gamtinių dujų) Norėdami sukurti nikelio sulfidą (Nis) arba nikelio karbonatas (Nico₃).
Nugalėjimas yra plonas ir gali būti pašalintas su švelniu abrazyvu (Pvz., Kepimo soda), Skirtingai nuo rūdžių, kuris yra destruktyvus.
„Nikelis mano duše rūdė.
Faktas: Dušo vanduo yra chloridų (nuo vandentiekio vandens valymo) ir drėgmė, kuri priežastis Korozija ant nikelio (Ne rūdis).
Mažos skylės ar baltos dėmės, kurias matote, yra nikelio hidroksidas (Į(Oi)₂), ne geležies oksidas. Naudojant nikelio-chromo lydinius (Pvz., Inconel) duše tai apsaugo.
6. Nikelio atsparumo korozijai tikrinimas: Pramonės standartai
Užtikrinti, kad nikelis ir jo lydiniai atitiktų korozijos reikalavimus, Gamintojai pasikliauja standartizuotais testais:
Druskos purškimo testas (ASTM B117)
Įvertina atsparumą chlorido turtingai aplinkai. Mėginiai yra veikiami a 5% NaCl migla esant 35 ° C 100–1 000 valandų. PREKSIO KRITERIJAI PAGRINDINIAI NICKIJOS: po to nėra duobės ar korozijos 500 valandos.
Elektrocheminės varžos spektroskopija (Eis)
Išmatuoja pasyvaus sluoksnio vientisumą, naudojant mažą kintamosios srovės įtampą ant nikelio paviršiaus.
Didelė varža (Atsparumas dabartiniam srautui) nurodo stabilų sluoksnį - nikelis paprastai turi varžą >10⁶ omai · cm² neutraliame vandenyje.
Svorio metimo testavimas (ASTM G1)
Matuoja korozijos greitį pasveriant nikelio mėginį prieš ir po korozinės aplinkos veikimo. Grynam nikeliui jūros vandenyje, Svorio metimas turėtų būti <0.01 g/m²/diena.
7. Nikelio lydinio pramoninės programos
Nikelio nesugebėjimas rūdžių ir stiprus atsparumas korozijai jį nepakeičiama pagrindiniuose sektoriuose:
Jūrų inžinerija
Monel 400 ir Inconel 625 yra naudojami laivų sraigtams, Jūros platformos komponentai, ir jūros vandens siurbliai, kai jų atsparumas chlorido duobėms ir jūros vandens korozijai užtikrina 20–30 metų aptarnavimą (vs. 5–10 metų plienui).
Cheminis apdorojimas
Nikelio lydiniai tvarko agresyvias chemines medžiagas, tokias kaip sieros rūgštis (Monel 400) ir druskos rūgštis (Hastelloy C-276, Nikelio-Molibdeno lydinys).
Pavyzdžiui, Hastelloy C-276 yra korozijos greitis <0.01 mm per metus 20% HCl 60 ° C temperatūroje - geriau nei grynas nikelis.
Elektronika
„Ultra-Pure“ nikelis (99.99%) yra naudojamas puslaidininkių plokštelėse ir akumuliatoriaus gnybtuose, kur paviršiai be sugadintų paviršių ir atsparumo švelnioms rūgštims (Pvz., valymo sprendimai) yra kritiški.
Architektūra
Nikelio-chromo lydiniai (Pvz., Inconel 600) yra naudojami fasadams ir paminklams statyti - jie dešimtmečius išlaiko savo sidabrinę išvaizdą (Nėra rūdžių, minimalus sugadinimas) ir atlaikyti miesto taršą.
8. Išvada: Nikelis nerūdija, Bet tai gali koroduoti
Nikelis Niekada nerūdijate, nes rūdis yra geležies oksidas, o nikelis neturi geležies. Jo natūralus Oksido sluoksnis apsaugo jį nuo daugumos korozijos, Laikydami jį daug patvaresnį nei plienas normaliomis sąlygomis.
Bet nikelis gali koroduoti Esant tam tikroms situacijoms: Chlorido turtingas vanduo, priemaišos metale, arba stiprios rūgštys gali sugadinti savo apsauginį sluoksnį.
Lydinio nikelio su metalais Chromas, molibdenas, arba varis, Inžinieriai kuria tokius lydinius kaip Inconel ir Monel, kurie priešinasi griežtoms cheminėms medžiagoms, Aukšta temperatūra, ir jūros vanduo.
DUK
Ar kada nors gali būti atsparūs rūdijimams?
Ne - „Nickel“ danga yra barjeras, Bet jei tai sugadinta, apatinis metalas (dažnai plienas) rūdys.
„Rūdžių atsparioms“ nikeliams padengtiems daiktams, Naudokite dvipusę dangą (Nikelis + Chromas) arba pasirinkite nikelio lydinio bazinę medžiagą (Pvz., Monel) vietoj plieno.
Yra nikelis labiau atsparus korozijai nei nerūdijantis plienas?
Tai priklauso nuo nerūdijančio plieno klasės. Grynas nikelis yra atsparesnis jūros vandeniui nei 304 Nerūdijantis plienas (linkęs į duobę),
Bet 316 Nerūdijantis plienas (su molibdenum) sutampa arba viršija gryno nikelio atsparumą chloridui už mažesnę kainą.
Ar nikelis korozija sūraus vandens baseinuose?
Taip - „Saltwater“ baseinai turi 3 000–5 000 ppm CL⁻, kuris gali sukelti grynas nikelis.
Naudokite „Inconel“ 625 arba 316 Nerūdijantis plienas, skirtas baseino komponentams (Pvz., kopėčios, jungiamosios detalės) Norėdami išvengti korozijos.
Kaip aš galiu išvalyti sugadintą nikelį, nepažeisdamas jo?
Naudokite švelnų šilto vandens ir indų muilo tirpalą, arba kepimo sodos ir vandens pasta (pakankamai abrazyvus, kad pašalintų sugadinimą, pakankamai švelnus, kad nesubraižytų pasyvaus sluoksnio).
Venkite atšiaurių chemikalų, tokių kaip baliklis, kuris ištirpina NiO.
Yra nikelis, naudojamas plieninėms rūdžių prevencingose dangose?
Taip - electroless nikelio padavimas (uniforma, stora danga) taikomas plieninėms dalims (Pvz., Automobilių varžtai, Hidrauliniai cilindrai) Norėdami išvengti rūdžių.
Nikelio sluoksnis veikia kaip barjeras, ir jo pasyvus oksido sluoksnis priešinasi drėgmei.
