Untuk menangani soalan "Adakah karat nikel?"Secara komprehensif, Kami mula -mula menjelaskan perbezaan kritikal: karat adalah istilah biasa untuk oksida besi (Fe₂o₃ atau fe₃o₄), Produk kakisan merah-coklat eksklusif untuk besi dan aloi yang mengandungi besi.
Nikel, logam peralihan tanpa besi dalam bentuk murni, tidak boleh membentuk karat.
Namun begitu, Nikel boleh menghancurkan -membangunkan nipis, lapisan oksida pelindung atau, dalam persekitaran yang keras, sebatian yang lebih merosakkan seperti hidroksida nikel atau sulfida.
1. Karat vs. Kakisan: Mengapa nikel tidak boleh berkarat
Untuk menyelesaikan soalan teras, Kita mesti terlebih dahulu menentukan istilah utama:
- Karat: Oksida besi terhidrat (Mis., Feo(Oh)Nh₂o) terbentuk apabila besi bertindak balas dengan oksigen dan kelembapan.
Ia berliang, Flaky, dan tidak menawarkan perlindungan terhadap kakisan lebih lanjut - ini sebabnya karat keluli yang tidak bersalut dengan cepat di persekitaran basah. - Kakisan: Degradasi elektrokimia mana -mana logam kerana reaksi dengan persekitarannya.
Untuk logam bukan ferus seperti nikel, Kakisan menghasilkan oksida, Hidroksida, atau garam yang mungkin melindungi (pasif) atau merosakkan.
Nikel tulen (Adalah ≥ 99.0%) tidak mengandungi besi, Jadi ia tidak dapat membentuk oksida besi (karat). Sebaliknya,
Produk kakisan nikel terutamanya nikel oksida (Nio), Nikel hidroksida (Dalam(Oh)₂), atau nikel karbonat (Nico₃)-Mengatakan yang berkelakuan sangat berbeza dari karat.
2. Rintangan kakisan nikel: Lapisan oksida pasif
Reputasi nikel untuk rintangan kakisan berpunca dari keupayaannya untuk membentuk a nipis, lapisan oksida pasif yang berpegang teguh di permukaannya -penghalang elektrokimia yang menghalang reaksi selanjutnya dengan persekitaran.
Begini cara proses ini berfungsi:
Pembentukan lapisan pasif
Apabila terdedah kepada oksigen (udara, air, atau persekitaran pengoksidaan), Nikel mengalami reaksi yang cepat: 2In + O2 → 2nio
Lapisan NIO ini hanya 2-5 nanometer (nm) tebal (1 NM = 10 meter)-Mudahkan mata kasar -tetapi padat dan stabil secara kimia.
Tidak seperti karat berliang, Lapisan NIO berpegang teguh ke permukaan nikel, mencegah oksigen dan kelembapan daripada mencapai logam yang mendasari.
Dalam persekitaran berair (Mis., air, air laut), Lapisan berkembang untuk memasukkan Nikel hidroksida (Dalam(Oh)₂) dan, dalam persekitaran berkarbonat, nikel karbonat (Nico₃)-Dan yang mengukuhkan halangan pasif.
Kestabilan lapisan pasif
Lapisan NIO kekal stabil dalam pelbagai keadaan:
- julat pH: Berkesan dalam neutral (pH 6-8) dan sedikit alkali (pH 8-12) persekitaran.
Dalam asid ringan (Mis., 5% asid asetik), Lapisan larut perlahan, Tetapi dalam asid yang kuat (Mis., 37% asid hidroklorik), ia hancur sepenuhnya. - Suhu: Stabil sehingga ~ 600 ° C di udara. Di atas ini, Nio menebal dan menjadi berliang, mengurangkan kemampuan pelindungnya (Mis., pada 800 ° C., Nikel menghancurkan pada ~ 0.1 mm/tahun di udara, vs. <0.001 mm/tahun pada suhu bilik).
- Ketersediaan oksigen: Memerlukan oksigen yang minimum untuk mengekalkan -bahkan dalam air bertakung, Lapisan berterusan, Membuat nikel sesuai untuk aplikasi tenggelam (Mis., Komponen Marin).
Kadar kakisan nikel tulen
| Persekitaran | Kadar kakisan | Nota |
| Suasana bandar | <0.001 mm/tahun | Diabaikan, >50-jangka hayat tahun |
| Air laut (35,000 ppm cl⁻) | 0.005-0.01 mm/tahun | Jauh lebih rendah daripada keluli karbon (0.5-1 mm/tahun) |
| Air tawar neutral | <0.005 mm/tahun | Sesuai untuk peralatan rawatan air |
3. Faktor yang mengurangkan rintangan kakisan nikel
Walaupun nikel sangat tahan kakisan kerana lapisan oksida pasifnya, Beberapa faktor yang berkaitan dengan alam sekitar dan bahan dapat menjejaskan perlindungan ini.
Memahami faktor -faktor ini adalah penting untuk meramalkan prestasi nikel dan mencegah kakisan setempat atau dipercepat.
Ion klorida dan halida: Pitting dan celah kakisan
Ion klorida (Cl⁻)-Membuat air laut, Garam jalan, dan Brines Perindustrian -adalah musuh terbesar Nickel.
Mereka menembusi lapisan nio pasif pada titik lemah (Mis., calar, sempadan bijian) dan memulakan Pitting kakisan: kecil, lubang setempat yang tumbuh dari masa ke masa.
- Mekanisme: Klorida bertindak balas dengan nikel untuk membentuk nikel klorida larut (Nicl₂), yang larut lapisan oksida secara tempatan.
Nikel yang terdedah kemudian menghancurkan dengan cepat, Membuat lubang sekecil 10 μm diameter. - Faktor risiko: Kepekatan klorida yang tinggi (>1,000 ppm), suhu tinggi (>50° C.), dan keadaan yang tidak stabil (Mis., Celah di antara bahagian nikel bolted).
- Data: Dalam air laut (35,000 ppm cl⁻) pada suhu 60 ° C., Kadar kakisan nikel tulen melonjak ke 0.05-0.1 mm/tahun (5-10 × lebih tinggi daripada pada suhu bilik) kerana pitting.
Kekotoran dalam nikel: Melemahkan lapisan pasif
Nikel komersial (Mis., Gred ASTM B162 200, 99.0-99.5% pada) mengandungi kekotoran jejak seperti besi (Fe), Sulfur (S), dan karbon (C)- yang mana mengurangkan rintangan kakisan:
- Besi (Fe): Walaupun 0.5% Fe mencipta sel microgalvanic (Besi bertindak sebagai anod, nikel sebagai katod), mempercepatkan kakisan dalam persekitaran basah.
Contohnya, nikel dengan 1% Fe mempunyai kadar kakisan air laut 0.02 mm/tahun (dua kali ganda 99.99% Nikel tulen). - Sulfur (S): Borang nikel sulfida (NIS) dalam persekitaran sulfid (Mis., telaga minyak dan gas dengan H₂s), yang rapuh dan terdedah kepada retak.
- Karbon (C): Pada >0.1% C, Bentuk karbida nikel (Ni₃c), yang mengganggu lapisan pasif dan meningkatkan risiko pitting.
Nikel Ultra-Tinggi (99.99% Dalam) mengelakkan isu -isu ini, menjadikannya sesuai untuk aplikasi kritikal seperti pembuatan semikonduktor.
Asid kuat dan mengurangkan persekitaran
Lapisan NIO pasif larut dalam asid pengurangan yang kuat (Mis., asid hidroklorik, HCl) atau asid bukan pengoksidaan (Mis., Asid sulfurik, H₂so₄ > 20% Konsentrasi). Contohnya:
- Dalam 37% HCl (suhu bilik), Nikel tulen berkerumun pada 1-2 mm/tahun (kemerosotan pesat, Tiada lapisan pasif).
- Dalam asid pengoksidaan (Mis., Asid nitrik, Hno₃), Lapisan diperkuat (Asid nitrik bertindak sebagai pengoksida), Jadi nikel menahan kakisan (kadar <0.01 mm/tahun dalam 65% Hno₃).
4. Aloi nikel: Meningkatkan rintangan kakisan
| Aloi | Komposisi (Unsur -unsur utama) | Kelebihan rintangan kakisan | Kadar kakisan di laut (mm/tahun) | Aplikasi biasa |
| Nikel tulen (99.99%) | Adalah ≥ 99.99% | Rintangan yang sangat baik terhadap suasana umum dan air tawar | 0.005-0.01 | Elektronik, Thermocouples, kapal kimia |
| Monel 400 | 65% Dalam, 34% Cu, 1% Fe | Rintangan unggul kepada air laut dan mengurangkan asid (H₂so₄ <30%) | 0.002-0.005 | Injap laut, aci kipas, penukar haba |
| Inconel 625 | 59% Dalam, 21.5% Cr, 9% Mo | Rintangan yang luar biasa kepada klorida, Celah dan Pitting Hakisan, stabil sehingga 650 ° C | <0.001 | Rig minyak luar pesisir, Reaktor kimia, Paip bawah tanah |
| 304 Keluli tahan karat | 18% Cr, 8% Dalam, 74% Fe | Rintangan kakisan yang baik dalam persekitaran ringan; terdedah kepada pitting dalam persekitaran yang kaya dengan klorida | 0.01-0.02 | Peralatan dapur, trim seni bina |
| 316 Keluli tahan karat | 16-18% Cr, 10-14% mempunyai, 2-3% mo, Baki Fe | Rintangan klorida yang lebih baik vs. 304 kerana mo; Sesuai untuk persekitaran laut dan kimia | 0.005-0.01 | Peralatan Marin, Tangki kimia, Seni Bina Pantai |
5. Kesalahpahaman biasa: "Karat" pada barang nikel atau nikel bersalut
Orang sering kesilapan kakisan nikel untuk karat -di sini apa yang sebenarnya berlaku:
Salah tanggapan 1: "Keluli bersalut nikel saya berkarat."
Fakta: Karat datang dari logam asas keluli, bukan penyaduran nikel.
Penyaduran nikel (5-50 μm tebal) Melindungi keluli dengan bertindak sebagai penghalang, Tetapi jika penyaduran tercalar atau dipakai, Keluli terdedah kepada oksigen dan kelembapan, membentuk karat.
Untuk mengelakkan ini, Keluli bersalut nikel sering disalut dengan pernis yang jelas atau digunakan dalam persekitaran kelembapan rendah.
Salah tanggapan 2: "Nikel bertukar coklat - bukanlah karat?"
Fakta: Perubahan warna coklat pada nikel adalah mencemarkan, bukan karat. Ia terbentuk apabila nikel bertindak balas dengan sebatian sulfur di udara (Mis., dari pencemaran atau gas asli) Untuk membuat sulfida nikel (NIS) atau nikel karbonat (Nico₃).
Mencatatkan nipis dan boleh dikeluarkan dengan kasar ringan (Mis., Baking soda), Tidak seperti Rust, yang merosakkan.
"Nikel di bilik mandi saya berkarat."
Fakta: Air mandi mengandungi klorida (dari rawatan air paip) dan kelembapan, yang menyebabkan Pitting kakisan pada nikel (bukan karat).
Lubang kecil atau bintik putih yang anda lihat adalah hidroksida nikel (Dalam(Oh)₂), bukan besi oksida. Menggunakan aloi nikel-kromium (Mis., Inconel) di pancuran menghalang ini.
6. Menguji rintangan kakisan nikel: Piawaian industri
Untuk memastikan nikel dan aloi memenuhi keperluan kakisan, Pengilang bergantung pada ujian piawai:
Ujian semburan garam (ASTM B117)
Menilai ketahanan terhadap persekitaran yang kaya dengan klorida. Sampel terdedah kepada a 5% Kabut NaCl pada suhu 35 ° C selama 100-1,000 jam. Kriteria lulus untuk nikel tulen: Tidak ada pitting atau kakisan selepas 500 jam.
Spektroskopi impedans elektrokimia (Eis)
Mengukur integriti lapisan pasif dengan menggunakan voltan AC kecil ke permukaan nikel.
Impedans yang tinggi (Rintangan kepada aliran semasa) Menunjukkan nikel lapisan lapisan yang stabil biasanya mempunyai impedans >10⁶ ohm · cm² dalam air neutral.
Ujian penurunan berat badan (ASTM G1)
Mengukur kadar kakisan dengan menimbang sampel nikel sebelum dan selepas pendedahan kepada persekitaran yang menghakis. Untuk nikel tulen di air laut, penurunan berat badan mestilah <0.01 g/m²/hari.
7. Aplikasi perindustrian aloi nikel
Ketidakupayaan nikel untuk karat dan rintangan kakisannya yang kuat menjadikannya tidak dapat digantikan dalam sektor utama:
Kejuruteraan Marin
Monel 400 dan Inconel 625 digunakan untuk kipas kapal, Komponen platform luar pesisir, dan pam air laut -di mana rintangan mereka terhadap pitting klorida dan kakisan air laut memastikan 20-30 tahun perkhidmatan (vs. 5-10 tahun untuk keluli).
Pemprosesan kimia
Aloi nikel mengendalikan bahan kimia yang agresif seperti asid sulfurik (Monel 400) dan asid hidroklorik (Hastelloy C-276, aloi nikel-molybdenum).
Contohnya, Hastelloy C-276 mempunyai kadar kakisan <0.01 mm/tahun dalam 20% HCl pada suhu 60 ° C lebih baik daripada nikel tulen.
Elektronik
Nikel ultra-cure (99.99%) digunakan dalam wafin semikonduktor dan terminal bateri, di mana permukaan bebas ternakan dan rintangan terhadap asid ringan (Mis., penyelesaian pembersihan) kritikal.
Seni bina
Aloi nikel-chromium (Mis., Inconel 600) digunakan untuk membina fasad dan monumen -mereka mengekalkan penampilan perak mereka selama beberapa dekad (Tiada karat, Minimal mencemarkan) dan menahan pencemaran bandar.
8. Kesimpulan: Nikel tidak berkarat, Tetapi ia boleh menghancurkan
Nikel tidak pernah berkarat, Kerana karat adalah oksida besi dan nikel tidak mempunyai besi. Semulajadi Lapisan oksida melindunginya dari kebanyakan kakisan, Menjaga jauh lebih tahan lama daripada keluli dalam keadaan normal.
Tetapi nikel boleh menghancurkan di bawah situasi tertentu: Air kaya klorida, kekotoran dalam logam, atau asid kuat boleh merosakkan lapisan pelindungnya.
Dengan menggilap nikel dengan logam seperti Chromium, Molybdenum, atau tembaga, jurutera membuat aloi seperti Inconel dan Monel, yang menentang bahan kimia yang keras, suhu tinggi, dan air laut.
Soalan Lazim
Bolehkah barang-barang bersalut nikel pernah menjadi karat?
No -Nickel Plating adalah penghalang, Tetapi jika ia rosak, logam yang mendasari (selalunya keluli) akan berkarat.
Untuk barang-barang bersalut nikel "karat", Gunakan salutan dupleks (nikel + Chrome) atau pilih bahan asas aloi nikel (Mis., Monel) bukan keluli.
Adakah nikel lebih tahan kakisan daripada keluli tahan karat?
Ia bergantung pada gred keluli tahan karat. Nikel tulen lebih tahan terhadap air laut daripada 304 keluli tahan karat (terdedah kepada pitting),
tetapi 316 keluli tahan karat (dengan molybdenum) perlawanan atau melebihi rintangan klorida nikel tulen dengan kos yang lebih rendah.
Adakah nikel menghancurkan kolam air masin?
Ya -kolam air salt mempunyai 3,000-5,000 ppm cl⁻, yang boleh menyebabkan pitting dalam nikel tulen.
Gunakan Inconel 625 atau 316 Keluli tahan karat untuk komponen kolam (Mis., tangga, kelengkapan) untuk mengelakkan kakisan.
Bagaimana saya boleh membersihkan nikel tanpa merosakkannya?
Gunakan penyelesaian ringan air suam dan sabun, atau tampalan baking soda dan air (cukup kasar untuk menghilangkan mencemarkan, Cukup lembut untuk tidak menggaru lapisan pasif).
Elakkan bahan kimia yang keras seperti peluntur, yang membubarkan NIO.
Adakah nikel digunakan dalam pelapis karat untuk keluli?
Ya -pelapik nikel (seragam, Salutan tebal) digunakan untuk bahagian keluli (Mis., bolt automotif, silinder hidraulik) untuk mencegah karat.
Lapisan nikel bertindak sebagai penghalang, dan lapisan oksida pasifnya menahan kelembapan.
