Gjør nikkel rust? Forstå Nickels korrosjonsatferd

For å ta opp spørsmålet “gjør nikkel rust?”Omfattende, Vi avklarer først et kritisk skille: Rust er den vanlige betegnelsen for jernoksid (Fe₂o₃ eller fe₃o₄), Et rødbrunt korrosjonsprodukt eksklusivt for jern- og jernholdige legeringer.

Nikkel, et overgangsmetall uten jern i sin rene form, kan ikke danne rust.

Imidlertid, Nikkel kan korrodere - utvikle seg tynn, beskyttende oksidlag eller, i tøffe miljøer, Mer skadelige forbindelser som nikkelhydroksider eller sulfider.

1. Rust vs.. Korrosjon: Hvorfor nikkel kan ikke ruste

For å løse kjernespørsmålet, Vi må først definere nøkkelbegrep:

• Rust: Et hydrert jernoksyd (F.eks., Feo(Å)Nh₂o) dannet når jern reagerer med oksygen og fuktighet.
  Det er porøst, flaky, og gir ingen beskyttelse mot ytterligere korrosjon - dette er grunnen til at ikke -belagte stålrotter raskt i våte miljøer.
• Korrosjon: Den elektrokjemiske nedbrytningen av metall på grunn av reaksjoner med omgivelsene.
  For ikke-jernholdige metaller som nikkel, Korrosjon produserer oksider, hydroksider, eller salter som kan være beskyttende (passiv) eller ødeleggende.

Ren nikkel (Er ≥ 99.0%) Inneholder ingen jern, Så det kan ikke danne jernoksid (rust). I stedet,
Nickels korrosjonsprodukter er først og fremst nikkeloksid (Nio), Nikkelhydroksyd (I(Å)₂), eller Nikkelkarbonat (Nico₃)—Monger som oppfører seg veldig annerledes enn rust.

2. Nickels korrosjonsmotstand: Det passive oksydlaget

Nickels rykte for korrosjonsmotstand stammer fra dens evne til å danne en tynn, Tilhengende passivt oksydlag På overflaten - en elektrokjemisk barriere som blokkerer ytterligere reaksjon med miljøet.

Slik fungerer denne prosessen:

Dannelse av det passive laget

Når det blir utsatt for oksygen (luft, vann, eller oksidasjonsmiljøer), Nikkel gjennomgår en rask reaksjon: 2I + O2 → 2nio
Dette NIO -laget er bare 2–5 nanometer (nm) tykk (1 NM = 10 meter)—Visbar for det blotte øye - men tettpakket og kjemisk stabil.

I motsetning til porøs rust, NIO -laget fester seg tett til nikkeloverflaten, forhindrer at oksygen og fuktighet når det underliggende metallet.

I vandige miljøer (F.eks., vann, sjøvann), Laget utvikler seg til å inkludere Nikkelhydroksyd (I(Å)₂) og, i kullsyreholdige miljøer, Nikkelkarbonat (Nico₃)—De som forsterker den passive barrieren.

Stabiliteten til det passive laget

NIO -laget forblir stabilt over et bredt spekter av forhold:

• pH -område: Effektiv i nøytral (pH 6–8) og litt alkalisk (pH 8–12) miljøer.
  I milde syrer (F.eks., 5% eddiksyre), Laget oppløses sakte, Men i sterke syrer (F.eks., 37% saltsyre), det bryter helt sammen.
• Temperatur: Stabil opp til ~ 600 ° C i luft. Over dette, Nio tykner og blir porøs, redusere beskyttelsesevnen (F.eks., ved 800 ° C., Nikkel korroderer ved ~ 0,1 mm/år i luft, vs. <0.001 mm/år ved romtemperatur).
• Oksygen tilgjengelighet: Krever minimalt oksygen for å opprettholde - selv i stillestående vann, Laget vedvarer, Gjør nikkel egnet for nedsenkede applikasjoner (F.eks., Marine komponenter).

Korrosjonshastigheter av rent nikkel

3. Faktorer som reduserer nikkelkorrosjonsmotstanden

Selv om nikkel er svært korrosjonsbestandig på grunn av det passive oksydlaget, Flere miljømessige og materialrelaterte faktorer kan kompromittere denne beskyttelsen.

Å forstå disse faktorene er avgjørende for å forutsi Nickels ytelse og forhindre lokal eller akselerert korrosjon.

Klorid- og halogenioner: Pitting og sprekker korrosjon

Kloridioner (Cl⁻)—Funnet i sjøvann, veisalt, og industrielle saltlake - er nikkelens største fiende.

De trenger gjennom det passive NiO -laget på svake punkter (F.eks., riper, korngrenser) og initiere Pitting korrosjon: liten, Lokaliserte hull som vokser over tid.

• Mekanisme: Klorider reagerer med nikkel for å danne oppløselig nikkelklorid (Nicl₂), som løser opp oksydlaget lokalt.
  Det utsatte nikkel korroderer deretter raskt, lage groper så små som 10 μm i diameter.
• Risikofaktorer: Høye kloridkonsentrasjoner (>1,000 ppm), høye temperaturer (>50° C.), og stillestående forhold (F.eks., sprekker mellom boltede nikkeldeler).
• Data: I sjøvann (35,000 PPM Cl⁻) ved 60 ° C., Pure Nickels korrosjonshastighet hopper til 0,05–0,1 mm/år (5–10 × høyere enn ved romtemperatur) på grunn av grop.

Urenheter i nikkel: Svekking av det passive laget

Kommersiell nikkel (F.eks., ASTM B162 karakter 200, 99.0-99,5% kl) Inneholder sporforurensninger som jern (Fe), svovel (S), og karbon (C)- hvorav reduserer korrosjonsmotstand:

• Stryke (Fe): Til og med 0.5% FE lager mikrogalvaniske celler (Jern fungerer som en anode, nikkel som katode), akselerere korrosjon i våte miljøer.
  For eksempel, nikkel med 1% FE har en sjøvannskorrosjonshastighet på 0.02 mm/år (doble det av 99.99% ren nikkel).
• Svovel (S): Danner nikkel sulfid (Nis) i sulfidmiljøer (F.eks., olje- og gassbrønner med H₂s), som er sprøtt og utsatt for sprekker.
• Karbon (C): På >0.1% C, danner nikkelkarbid (Ni₃c), Noe som forstyrrer det passive laget og øker groprisikoen.

Ultra-høy-renhet nikkel (99.99% I) unngår disse problemene, noe som gjør det ideelt for kritiske applikasjoner som halvlederproduksjon.

Sterke syrer og reduserende miljøer

Det passive NIO -laget oppløses i sterke reduksjonssyrer (F.eks., saltsyre, HCl) eller ikke-oksiderende syrer (F.eks., svovelsyre, H₂SO₄ > 20% konsentrasjon). For eksempel:

• I 37% HCl (romtemperatur), Ren nikkel korroderer ved 1-2 mm/år (Rask nedbrytning, Ingen passivt lag).
• I oksidasjonssyrer (F.eks., salpetersyre, Hno₃), Laget er forsterket (Salpetersyre fungerer som en oksidasjonsmiddel), Så nikkel motstår korrosjon (sats <0.01 mm/år inn 65% Hno₃).

4. Nikkellegeringer: Forbedre korrosjonsmotstand

5. Vanlige misoppfatninger: “Rust” på nikkel- eller nikkelbelagte gjenstander

Folk tar ofte feil av nikkelkorrosjon for rust - her er det som virkelig skjer:

Misoppfatning 1: "Mitt nikkelbelagte stål rustet."

Faktum: Rusten kommer fra Stålbase metall, ikke nikkelplateringen.

Nikkelplating (5–50 μm tykk) beskytter stål ved å fungere som en barriere, Men hvis pletteringen er riper eller slitt, Stål blir utsatt for oksygen og fuktighet, danner rust.

For å forhindre dette, Nikkelbelagt stål er ofte belagt med en klar lakk eller brukes i miljøer med lite fuktighet.

Misoppfatning 2: “Nikkel blir brun - er ikke den rust?”

Faktum: Brun misfarging på nikkel er plyndring, ikke rust. Det dannes når nikkel reagerer med svovelforbindelser i luft (F.eks., fra forurensning eller naturgass) å lage nikkel sulfid (Nis) eller nikkelkarbonat (Nico₃).

Tarnish er tynn og kan fjernes med et mildt slipende (F.eks., Bakebrus), I motsetning til rust, som er ødeleggende.

"Nikkel i dusjen min rustet."

Faktum: Dusjvann inneholder klorider (Fra tappevannbehandling) og fuktighet, som årsak Pitting korrosjon på nikkel (ikke rust).

De små hullene eller hvite flekkene du ser er nikkelhydroksid (I(Å)₂), ikke jernoksid. Ved hjelp av nikkel-kromlegeringer (F.eks., Inconel) I dusjer forhindrer dette.

6. Testing av Nickels korrosjonsmotstand: Bransjestandarder

For å sikre at Nickel og dens legeringer oppfyller korrosjonskrav, Produsenter er avhengige av standardiserte tester:

Salt spray test (ASTM B117)

Evaluerer motstand mot kloridrike miljøer. Prøver blir utsatt for en 5% NaCl -tåke ved 35 ° C i 100–1 000 timer. Pass -kriterier for rent nikkel: ingen pitting eller korrosjon etter 500 timer.

Elektrokjemisk impedansspektroskopi (EIS)

Måler integriteten til det passive laget ved å påføre en liten vekselstrøm på nikkeloverflaten.

En høy impedans (Motstand mot strømstrømning) indikerer et stabilt lag --ual nikkel har typisk en impedans av >10⁶ ohm · cm² i nøytralt vann.

Testing av vekttap (ASTM G1)

Måler korrosjonshastighet ved å veie en nikkelprøve før og etter eksponering for et etsende miljø. For rent nikkel i sjøvann, Vekttap skal være <0.01 g/m²/dag.

7. Industrielle applikasjoner av nikkellegering

Nickels manglende evne til rust og dens sterke korrosjonsmotstand gjør det uerstattelig i nøkkelsektorer:

Marine Engineering

Monel 400 og inconel 625 brukes til skipets propeller, Offshore plattformkomponenter, og sjøvannspumper - der deres motstand mot kloridgrop og sjøvannskorrosjon sikrer 20–30 års tjeneste (vs. 5–10 år for stål).

Kjemisk prosessering

Nikkellegeringer håndterer aggressive kjemikalier som svovelsyre (Monel 400) og saltsyre (Hastelloy C-276, En nikkel-molybden-legering).

For eksempel, Hastelloy C-276 har en korrosjonshastighet på <0.01 mm/år inn 20% HCl ved 60 ° C - Far bedre enn ren nikkel.

Elektronikk

Ultra-Pure nikkel (99.99%) brukes i halvlederskiver og batteriterminaler, hvor tarniskfrie overflater og motstand mot milde syrer (F.eks., Rengjøringsløsninger) er kritiske.

Arkitektur

Nikkel-kromlegeringer (F.eks., Inconel 600) brukes til å bygge fasader og monumenter - de beholder sitt sølvopptreden i flere tiår (Ingen rust, Minimal plett) og tåle byforurensning.

8. Konklusjon: Nikkel ruster ikke, Men det kan korrodere

Nikkel aldri ruster, Fordi rust er jernoksid og nikkel har ikke noe jern. Det er naturlig oksidlag beskytter det mot mest korrosjon, holde det langt mer holdbart enn stål under normale forhold.

Men nikkel kan korrodere under visse situasjoner: kloridrik vann, urenheter i metallet, eller sterke syrer kan skade det beskyttende laget.

Ved legering av nikkel med metaller som krom, Molybden, eller kobber, Ingeniører lager legeringer som Inconel og Monel, som motstår harde kjemikalier, høye temperaturer, og sjøvann.

Vanlige spørsmål

Kan nikkelbelagte gjenstander noen gang være rust-sikret?

Nei - nikkelplatting er en barriere, Men hvis det er skadet, det underliggende metallet (ofte stål) vil ruste.

For “rust-sikret” nikkelbelagte gjenstander, Bruk et dupleksbelegg (nikkel + krom) eller velg et nikkellegeringsbaseringsmateriale (F.eks., Monel) i stedet for stål.

Er nikkel mer korrosjonsbestandig enn rustfritt stål?

Det avhenger av rustfritt stålkarakter. Ren nikkel er mer motstandsdyktig mot sjøvann enn 304 rustfritt stål (utsatt for pitting),

men 316 rustfritt stål (med molybden) samsvarer eller overstiger ren nikkelens kloridresistens til en lavere pris.

Korroderer nikkel i saltvannsbassenger?

Ja - saltvannsbassenger har 3000–5 000 ppm cl⁻, som kan forårsake grop i rent nikkel.

Bruk Inconel 625 eller 316 Rustfritt stål for bassengkomponenter (F.eks., stiger, beslag) for å unngå korrosjon.

Hvordan kan jeg rengjøre tullet nikkel uten å skade det?

Bruk en mild løsning av varmt vann og oppvasksåpe, eller en pasta med natron og vann (slitende nok til å fjerne sarnish, Skånsom nok til ikke å klø det passive laget).

Unngå harde kjemikalier som blekemiddel, som løser Nio.

Brukes nikkel i rustforebyggende belegg for stål?

Ja - elektroløs nikkelplatering (en uniform, tykt belegg) brukes på ståldeler (F.eks., Bilbolter, hydrauliske sylindere) for å forhindre rust.

Nikkellaget fungerer som en barriere, og det passive oksydlaget motstår fuktighet.