Czy nikiel rdza? Zrozumienie zachowania korozji niklu

Aby odpowiedzieć na pytanie „Czy nikiel rdzewieje?„Kompleksowo, Najpierw wyjaśniamy krytyczne rozróżnienie: Rdza jest powszechnym terminem dla tlenku żelaza (Fe₂o₃ lub fe₃o₄), Produkt korozji czerwono-brązowej wyłącznie ze stopami żelaza i żelaza.

Nikiel, Metal przejściowy bez żelaza w czystej postaci, nie może utworzyć rdzy.

Jednakże, Nikiel może korodować - rozwój cienki, Warstwy tlenku ochronnego lub, w trudnych środowiskach, bardziej szkodliwe związki, takie jak wodorotlenki niklu lub siarczki.

1. Rust vs. Korozja: Dlaczego nikiel nie może rdzewieć

Aby rozwiązać podstawowe pytanie, Musimy najpierw zdefiniować kluczowe warunki:

• Rdza: Uwodnione tlenek żelaza (NP., Feo(OH)Nh₂o) uformowane, gdy żelazo reaguje z tlenem i wilgocią.
  Jest porowaty, łuskowaty, i nie oferuje ochrony przed dalszą korozją - dlatego szybko stalowa rdza stalowa w mokrych środowiskach.
• Korozja: Degradacja elektrochemiczna dowolnego metalu ze względu na reakcje z otoczeniem.
  Dla metali nieżelaznych, takich jak nikiel, Korozja wytwarza tlenki, Wodorotlenki, lub sole, które mogą być ochronne (pasywny) lub destrukcyjne.

Czysty nikiel (Jest ≥ 99.0%) nie zawiera żelaza, więc nie może tworzyć tlenku żelaza (rdza). Zamiast,
Produkty korozji niklu są przede wszystkim Tlenek niklu (Nio), Wodorotlenek niklu (W(OH)₂), Lub węglan niklu (Nico₃)—Componuje, które zachowują się zupełnie inaczej niż rdza.

2. Odporność na korozję niklu: Pasywna warstwa tlenku

Reputacja niklu dotycząca oporu korozji wynika z jego zdolności do tworzenia cienki, przylegająca warstwa pasywna tlenku Na jego powierzchni - bariera elektrochemiczna, która blokuje dalszą reakcję ze środowiskiem.

Oto jak ten proces działa:

Tworzenie warstwy pasywnej

Po wystawieniu na tlen (powietrze, woda, lub środowiska utleniające), Nikiel przechodzi szybką reakcję: 2W + o2 → 2nio
Ta warstwa Nio jest po prostu 2–5 nanometry (nm) gruby (1 NM = 10⁻⁹ metrów)—Ibs to nagie oko - ale gęsto upakowane i chemicznie stabilne.

W przeciwieństwie do porowatej rdzy, warstwa Nio ściśle przylega do powierzchni niklu, zapobieganie dotarciu do tlenu i wilgoci.

W środowiskach wodnych (NP., woda, Woda morska), Warstwa ewoluuje, aby uwzględnić Wodorotlenek niklu (W(OH)₂) I, w środowiskach gazowanych, węglan niklu (Nico₃)- Oba wzmacnia pasywną barierę.

Stabilność warstwy pasywnej

Warstwa Nio pozostaje stabilna w szerokim zakresie warunków:

• Zakres pH: Skuteczny w neutralnym (PH 6–8) i lekko alkaliczne (PH 8–12) środowiska.
  W łagodnych kwasach (NP., 5% kwas octowy), warstwa rozpuszcza się powoli, Ale w silnych kwasach (NP., 37% kwas chlorowodorowy), Całkowicie się załamuje.
• Temperatura: Stabilne do ~ 600 ° C w powietrzu. Powyżej tego, Nio gęstnieje i staje się porowaty, Zmniejszenie jego zdolności ochronnych (NP., w 800 ° C., Nikiel koroduje przy ~ 0,1 mm/rok w powietrzu, vs.. <0.001 MM/rok w temperaturze pokojowej).
• Dostępność tlenu: Wymaga utrzymania minimalnego tlenu - nawet w stagnacji, warstwa utrzymuje się, Nickel nadaje się do zanurzonych wniosków (NP., Komponenty morskie).

Wskaźniki korozji czystego niklu

3. Czynniki, które zmniejszają odporność na korozję niklu

Chociaż nikiel jest wysoce odporny na korozję ze względu na pasywną warstwę tlenku, Kilka czynników związanych z środowiskiem i materiałem może zagrozić tej ochronie.

Zrozumienie tych czynników ma kluczowe znaczenie dla przewidywania wydajności niklu i zapobiegania zlokalizowanej lub przyspieszonej korozji.

Jony chlorkowe i halogenkowe: Korozja wżerowa i szczelinowa

Jony chlorkowe (Cl⁻)—Krodzony w wodzie morskiej, Sól drogowa, i solanki przemysłowe - jest największym wrogiem niklu.

Penetrują pasywną warstwę Nio w słabych punktach (NP., zadrapania, granice ziaren) i zainicjuj wżery korozję: malutki, zlokalizowane dziury, które rosną z czasem.

• Mechanizm: Chlorki reagują z niklem, tworząc rozpuszczalny chlorek niklu (Nicl₂), który rozpuszcza warstwę tlenku lokalnie.
  Odsłonięty nikiel następnie szybko się koroduje, Tworzenie dołów tak małych jak 10 μm średnicy.
• Czynniki ryzyka: Wysokie stężenia chlorkowe (>1,000 ppm), Wysokie temperatury (>50° C.), i stagnacyjne warunki (NP., szczeliny między przykręconymi częściami niklu).
• Dane: W wodzie morskiej (35,000 ppm cl⁻) w 60 ° C., Wskaźnik korozji czystego niklu przeskakuje do 0,05–0,1 mm/rok (5–10 × wyżej niż w temperaturze pokojowej) z powodu wżery.

Zanieczyszczenia w niklu: Osłabienie warstwy pasywnej

Nikiel komercyjny (NP., Klasa ASTM B162 200, 99.0-99,5% przy) zawiera śladowe zanieczyszczenia, takie jak żelazo (Fe), siarka (S), i węgiel (C)- z których wszystkie zmniejszają odporność na korozję:

• Żelazo (Fe): Nawet 0.5% Fe tworzy komórki mikrogalwaniczne (Żelazo działa jak anoda, Nikiel jako katoda), przyspieszanie korozji w mokrych środowiskach.
  Na przykład, nikiel z 1% Fe ma wskaźnik korozji wody morskiej 0.02 MM/Rok (podwójnie 99.99% Czysty nikiel).
• Siarka (S): Tworzy siarczek niklu (Nis) w środowiskach siarczkowych (NP., studnie olejowe i gazowe z H₂s), co jest kruche i podatne na pękanie.
• Węgiel (C): Na >0.1% C, tworzy węglik niklu (Ni₃c), co zakłóca warstwę pasywną i zwiększa ryzyko wżerowe.

Nikiel ultra-wysokiej czystości (99.99% W) unika tych problemów, czyniąc go idealnym do krytycznych aplikacji, takich jak produkcja półprzewodników.

Silne kwasy i środowiska redukujące

Pasywna warstwa Nio rozpuszcza się w silnych kwasach zmniejszających (NP., kwas chlorowodorowy, HCl) lub nieutleniające kwasy (NP., kwas siarkowy, H₂so₄ > 20% stężenie). Na przykład:

• W 37% HCl (temperatura pokojowa), Czysty nikiel koroduje po 1–2 mm/rok (szybka degradacja, Brak warstwy pasywnej).
• W utlenianiu kwasów (NP., Kwas azotowy, Hno₃), warstwa jest wzmocniona (Kwas azotowy działa jak utleniacz), Tak więc nikiel opiera się korozji (wskaźnik <0.01 MM/rok 65% Hno₃).

4. Stopy niklu: Zwiększenie odporności na korozję

5. Powszechne nieporozumienia: „Rust” na przedmiotach niklu lub niklu

Ludzie często mylą korozję niklu z rdzawą - oto to, co się naprawdę dzieje:

Nieporozumienie 1: „Moja stalowa stalowa nikiel zardzewiała”.

Fakt: Rdza pochodzi z stalowy metal bazowy, nie splatanie niklu.

Nikiel Splat (5–50 μm grubości) chroni stal, działając jako bariera, Ale jeśli poszycie jest porysowane lub zużyte, Stal jest narażona na tlen i wilgoć, tworząc rdzę.

Aby temu zapobiec, Stal niklatka jest często pokryta wyraźnym lakier.

Nieporozumienie 2: „Nickel zmienia się w brązowo - nie to rdzy?"

Fakt: Brązowe przebarwienia na niklu plamić, nie rdzy. Tworzy się, gdy nikiel reaguje ze związkami siarki w powietrzu (NP., Z zanieczyszczenia lub gazu ziemnego) Aby stworzyć siarczek niklu (Nis) lub węglan niklu (Nico₃).

Zarszkanie jest cienkie i można go usunąć z łagodnym ściernym (NP., Soda oczyszczona), W przeciwieństwie do rdzy, co jest destrukcyjne.

„Nikiel pod prysznicem zardzewiał”.

Fakt: Woda prysznicowa zawiera chlorki (Od obróbki wody z kranu) i wilgoć, która przyczyna wżery korozję na niklu (nie rdzy).

Małe dziury lub białe plamy, które widzisz, to wodorotlenek niklu (W(OH)₂), nie tlenek żelaza. Za pomocą stopów niklu-chromowych (NP., Niewygod) W prysznice to zapobiega.

6. Testowanie odporności na korozję niklu: Standardy branżowe

Aby zapewnić, że nikiel i jego stopy spełniają wymagania korozji, Producenci polegają na znormalizowanych testach:

Test sprayowy soli (ASTM B117)

Ocenia oporność na środowiska bogate w chlorek. Próbki są narażone na 5% Mgła nacl w 35 ° C przez 100–1 000 godzin. Przekazać kryteria czystego niklu: Brak wżerów lub korozji po 500 godziny.

Elektrochemiczna spektroskopia impedancji (EIS)

Mierzy integralność warstwy pasywnej poprzez zastosowanie małego napięcia prądu przemiennego na powierzchnię niklu.

Wysoka impedancja (Odporność na przepływ prądu) Wskazuje stabilną warstwę - niszczenie upust zwykle ma impedancję >10⁶ Ohms · cm² w wodzie neutralnej.

Testowanie odchudzania (ASTM G1)

Mierzy szybkość korozji poprzez ważenie próbki niklu przed i po ekspozycji na środowisko korozyjne. Dla czystego niklu w wodzie morskiej, Utrata masy ciała powinna być <0.01 g/m²/dzień.

7. Zastosowania przemysłowe stopu niklu

Niezdolność niklu do rdzewienia i jego silny odporność na korozję sprawiają, że jest niezastąpiony w kluczowych sektorach:

Inżynieria morska

Monel 400 i niespokojne 625 są używane do śmigła statku, Komponenty platformy offshore, i pompy wód morskich - gdzie ich odporność na wżery chlorku i korozję wody morskiej zapewnia 20–30 lat służby (vs.. 5–10 lat na stal).

Przetwarzanie chemiczne

Stopy niklu obsługują agresywne chemikalia, takie jak kwas siarkowy (Monel 400) i kwas chlorowodorowy (Hastelloy C-276, stop z niklu-molibdenu).

Na przykład, Hastelloy C-276 ma szybkość korozji <0.01 MM/rok 20% HCl w 60 ° C - Parkuj lepszy niż czysty nikiel.

Elektronika

Nikiel ultra-kure (99.99%) jest używany w waflach półprzewodnikowych i zaciskach akumulatorów, gdzie powierzchnie wolne od zrykających i odporność na łagodne kwasy (NP., Rozwiązania czyszczące) są krytyczne.

Architektura

Stopy niklu-chromowe (NP., Niewygod 600) są używane do budowania fasad i zabytków - zachowują srebrny wygląd przez dziesięciolecia (Bez rdzy, minimalne śmieci) i wytrzymaj zanieczyszczenie miejskie.

8. Wniosek: Nikiel nie rdzewieje, Ale może się korodować

Nikiel Nigdy nie rdzewieje, Ponieważ rdza to tlenek żelaza, a nikiel nie ma żelaza. To naturalne warstwa tlenku chroni go przed większością korozji, Utrzymanie go o wiele bardziej trwałe niż stal w normalnych warunkach.

Ale nikiel może korodować w określonych sytuacjach: Woda bogata w chlorek, Zanieczyszczenia w metalu, lub silne kwasy mogą uszkodzić swoją warstwę ochronną.

Przez stopienie niklu z metaliami takimi chrom, molibden, lub miedź, Inżynierowie tworzą stopy, takie jak Niewygod I Monel, które opierają się ostrym chemikaliom, Wysokie temperatury, i wodę morską.

FAQ

Czy przedmioty oparte na niklu mogą być zawsze odporne na rdzę?

Nie - splatanie Nickel jest barierą, Ale jeśli zostanie uszkodzony, podstawowy metal (Często stal) będzie rdzewieć.

Dla „odpornych na rdzę” przedmiotów niklu, Użyj powłoki dupleksowej (nikiel + chrom) lub wybierz materiał podstawy stopu niklu (NP., Monel) zamiast stali.

Jest nikiel bardziej odporny na korozję niż stal nierdzewna?

To zależy od klasy ze stali nierdzewnej. Czysty nikiel jest bardziej odporny na wodę morską niż 304 stal nierdzewna (Podatny na wżery),

Ale 316 stal nierdzewna (z molibdenem) pasuje lub przekracza odporność na chlorku czystego niklu.

Czy nikiel koroduje w basenach słonej wody?

Tak - baseny woda saltowa mają 3 000–5 000 ppm cl⁻, co może powodować wżerowanie w czystym niklu.

Użyj Inconel 625 Lub 316 stal nierdzewna dla komponentów basenu (NP., drabiny, armatura) Aby uniknąć korozji.

Jak mogę wyczyścić zmbakowany nikiel bez uszkodzenia?

Użyj łagodnego roztworu ciepłej wody i mydła naczyń, lub pasta sody oczyszczonej i wody (wystarczająco ścierny, aby usunąć śmieci, wystarczająco delikatny, aby nie podrapać warstwy pasywnej).

Unikaj ostrych chemikaliów, takich jak wybielacz, które rozwiązują Nio.

Jest nikiel używany w powłokach rentownych rdzy?

Tak - Elektrolustrowanie niklu (mundur, gruba powłoka) stosuje się do części stalowych (NP., śruby samochodowe, Cylindry hydrauliczne) Aby zapobiec rdzy.

Warstwa niklu działa jak bariera, a jego pasywna warstwa tlenku odpowiada wilgoci.