Para resolver a questão “níquel ferrugem?"Abrangente, Primeiro esclarecemos uma distinção crítica: ferrugem é o termo comum para óxido de ferro (Fe₂o₃ ou fe₃o₄), Um produto de corrosão marrom-avermelhado exclusivo para ligas de ferro e ferro e ligas.
Níquel, um metal de transição sem ferro em sua forma pura, não pode formar ferrugem.
No entanto, níquel pode corroer - desenvolver, camadas de óxido protetor ou, em ambientes agressivos, compostos mais prejudiciais, como hidróxidos de níquel ou sulfetos.
1. Ferrugem vs.. Corrosão: Por que o níquel não pode enferrujar
Para resolver a questão central, devemos primeiro definir os termos -chave:
- Ferrugem: Um óxido de ferro hidratado (Por exemplo, Feo(OH)NH₂O) formado quando o ferro reage com oxigênio e umidade.
É poroso, escamoso, e não oferece proteção contra mais corrosão - é por isso que as enferrujas de aço não revestidas rapidamente em ambientes molhados. - Corrosão: A degradação eletroquímica de qualquer metal devido a reações com seus arredores.
Para metais não ferrosos como níquel, A corrosão produz óxidos, hidróxidos, ou sais que podem ser protetores (passiva) ou destrutivo.
Níquel puro (É ≥ 99.0%) Não contém ferro, Portanto, não pode formar óxido de ferro (ferrugem). Em vez de,
Os produtos de corrosão do níquel são principalmente óxido de níquel (NIO), hidróxido de níquel (Em(OH)₂), ou Carbonato de níquel (Nico₃)—Ponses que se comportam de maneira muito diferente da ferrugem.
2. Resistência à corrosão do níquel: A camada de óxido passivo
A reputação de níquel de resistência à corrosão decorre de sua capacidade de formar um afinar, camada de óxido passivo aderente Em sua superfície - uma barreira eletroquímica que bloqueia uma reação adicional com o ambiente.
Veja como esse processo funciona:
Formação da camada passiva
Quando exposto ao oxigênio (ar, água, ou ambientes oxidantes), níquel sofre uma reação rápida: 2Em + o2 → 2nio
Esta camada de nio é apenas 2–5 nanômetros (nm) espesso (1 nm = 10⁻⁹ metros)- Invisível a olho nu - mas densamente embalado e quimicamente estável.
Ao contrário da ferrugem porosa, A camada de nio adere firmemente à superfície do níquel, impedir que oxigênio e umidade atinjam o metal subjacente.
Em ambientes aquosos (Por exemplo, água, água do mar), a camada evolui para incluir hidróxido de níquel (Em(OH)₂) e, em ambientes carbonatados, Carbonato de níquel (Nico₃)- ambos os quais reforçam a barreira passiva.
Estabilidade da camada passiva
A camada de nio permanece estável em uma ampla gama de condições:
- faixa de pH: Eficaz em neutro (pH 6-8) e ligeiramente alcalino (pH 8–12) ambientes.
Em ácidos leves (Por exemplo, 5% ácido acético), A camada se dissolve lentamente, Mas em ácidos fortes (Por exemplo, 37% ácido clorídrico), quebra completamente. - Temperatura: Estável até ~ 600 ° C no ar. Acima disso, Nio engrossa e se torna poroso, reduzindo sua capacidade de proteção (Por exemplo, a 800 ° C., níquel corroe a ~ 0,1 mm/ano no ar, vs.. <0.001 mm/ano à temperatura ambiente).
- Disponibilidade de oxigênio: Requer oxigênio mínimo para manter - mesmo em água estagnada, A camada persiste, Tornando o níquel adequado para solicitações submersas (Por exemplo, componentes marinhos).
Taxas de corrosão de níquel puro
| Ambiente | Taxa de corrosão | Notas |
| Atmosfera urbana | <0.001 mm/ano | Insignificante, >50-vida útil do ano |
| Água do mar (35,000 ppm cl⁻) | 0.005–0,01 mm/ano | Muito menor que o aço carbono (0.5–1 mm/ano) |
| Água doce neutra | <0.005 mm/ano | Adequado para equipamentos de tratamento de água |
3. Fatores que reduzem a resistência à corrosão do níquel
Embora o níquel seja altamente resistente à corrosão devido à sua camada passiva de óxido, Vários fatores ambientais e relacionados ao material podem comprometer esta proteção.
Compreender esses fatores é crucial para prever o desempenho de Nickel e impedir a corrosão localizada ou acelerada.
Íons cloreto e halogia: Corrosão de pitada e fenda
Íons cloreto (Cl⁻)—Flue na água do mar, sal de estrada, e salmoura industrial - são o maior inimigo de níquel.
Eles penetram na camada passiva do nio em pontos fracos (Por exemplo, arranhões, limites de grãos) e iniciar corrosão: pequeno, Buracos localizados que crescem com o tempo.
- Mecanismo: Cloretos reagem com níquel para formar cloreto de níquel solúvel (Nicl₂), que dissolve a camada de óxido localmente.
O níquel exposto e depois corroa rapidamente, criando poços tão pequenos quanto 10 μm de diâmetro. - Fatores de risco: Altas concentrações de cloreto (>1,000 ppm), altas temperaturas (>50° c), e condições estagnadas (Por exemplo, fendas entre peças de níquel aparafusadas).
- Dados: Em água do mar (35,000 ppm cl⁻) a 60 ° C., A taxa de corrosão do níquel puro salta para 0,05-0,1 mm/ano (5–10 × mais alto que à temperatura ambiente) devido a pictar.
Impurezas em níquel: Enfraquecendo a camada passiva
Níquel comercial (Por exemplo, ASTM B162 Grade 200, 99.0-99,5% em) contém impurezas de rastreamento como ferro (Fe), enxofre (S), e carbono (C)- todos os quais reduzem a resistência à corrosão:
- Ferro (Fe): Até 0.5% Fe cria células microgalvânicas (O ferro atua como um ânodo, níquel como cátodo), acelerar a corrosão em ambientes úmidos.
Por exemplo, níquel com 1% Fe tem uma taxa de corrosão da água do mar de 0.02 mm/ano (o dobro de 99.99% níquel puro). - Enxofre (S): Forma sulfeto de níquel (Nis) em ambientes sulfídicos (Por exemplo, poços de petróleo e gás com H₂s), que é quebradiço e propenso a rachaduras.
- Carbono (C): No >0.1% C, forma o carboneto de níquel (Ni₃c), que interrompe a camada passiva e aumenta o risco de picar.
Níquel de pura ultra-alta (99.99% Em) evita esses problemas, tornando -o ideal para aplicações críticas, como a fabricação de semicondutores.
Ácidos fortes e ambientes de redução
A camada passiva do nio se dissolve em ácidos fortes redutores (Por exemplo, ácido clorídrico, Hcl) ou ácidos não oxidantes (Por exemplo, ácido sulfúrico, H₂so₄ > 20% concentração). Por exemplo:
- Em 37% Hcl (temperatura ambiente), níquel puro corroe de 1 a 2 mm/ano (degradação rápida, Sem camada passiva).
- Em ácidos oxidantes (Por exemplo, ácido nítrico, Hno₃), A camada é reforçada (ácido nítrico atua como um oxidante), Então níquel resiste à corrosão (avaliar <0.01 mm/ano em 65% Hno₃).
4. Ligas de níquel: Melhorando a resistência à corrosão
| Liga | Composição (Principais elementos) | Vantagem de resistência à corrosão | Taxa de corrosão na água do mar (mm/ano) | Aplicações típicas |
| Níquel puro (99.99%) | É ≥ 99.99% | Excelente resistência à atmosfera geral e água fresca | 0.005–0.01 | Eletrônica, termopares, vasos químicos |
| Monel 400 | 65% Em, 34% Cu, 1% Fe | Resistência superior a água do mar e ácidos redutores (H₂so₄ <30%) | 0.002–0.005 | Válvulas marinhas, eixos de hélice, trocadores de calor |
| Inconel 625 | 59% Em, 21.5% Cr, 9% MO | Resistência excepcional a cloretos, fenda e corrosão, estável até 650 ° C | <0.001 | Platas de petróleo offshore, Reatores químicos, oleodutos submarinos |
| 304 Aço inoxidável | 18% Cr, 8% Em, 74% Fe | Boa resistência à corrosão em ambientes leves; propenso a picar em ambientes ricos em cloreto | 0.01–0.02 | Aparelhos de cozinha, TRIMENTO ARQUITETURAL |
| 316 Aço inoxidável | 16–18% cr, 10-14% têm, 2–3% MO, Balance Fe | Resistência ao cloreto aprimorada vs.. 304 devido a MO; Adequado para ambientes marítimos e químicos | 0.005–0.01 | Equipamento marítimo, Tanques químicos, Arquitetura costeira |
5. Conceitos errôneos comuns: "Rust" em itens níquel ou níquel
As pessoas costumam confundir a corrosão de níquel com a ferrugem - aqui está o que está realmente acontecendo:
Equívoco 1: "Meu aço níquel enferrujado."
Fato: A ferrugem vem do metal base de aço, não o níquel revestido.
Níquel revestimento (5–50 μm de espessura) protege o aço agindo como uma barreira, mas se o revestimento for arranhado ou usado, O aço é exposto a oxigênio e umidade, formando ferrugem.
Para evitar isso, O aço banhado a níquel é frequentemente revestido com uma laca clara ou usada em ambientes de baixa moistência.
Equívoco 2: "Níquel fica marrom - não é essa ferrugem?”
Fato: A descoloração marrom em níquel é manchar, não ferrugem. Se forma quando o níquel reage com compostos de enxofre no ar (Por exemplo, de poluição ou gás natural) Para criar sulfeto de níquel (Nis) ou carbonato de níquel (Nico₃).
Manchado é fino e pode ser removido com um abrasivo leve (Por exemplo, bicarbonato de sódio), Ao contrário da ferrugem, o que é destrutivo.
"O níquel no meu chuveiro enferrujado."
Fato: A água do chuveiro contém cloretos (De tratamento de água da torneira) e umidade, que causa corrosão em níquel (não ferrugem).
Os pequenos orifícios ou manchas brancas que você vê são hidróxido de níquel (Em(OH)₂), não óxido de ferro. Usando ligas de níquel-cromo (Por exemplo, Inconel) nos chuveiros impede isso.
6. Testando a resistência à corrosão do níquel: Padrões da indústria
Para garantir que o níquel e suas ligas atendam aos requisitos de corrosão, Os fabricantes dependem de testes padronizados:
Teste de pulverização de sal (ASTM B117)
Avalia a resistência a ambientes ricos em cloreto. Amostras são expostas a um 5% NACL Mist a 35 ° C por 100-1.000 horas. Critérios de aprovação para níquel puro: sem pitting ou corrosão depois 500 horas.
Espectroscopia de impedância eletroquímica (Eis)
Mede a integridade da camada passiva aplicando uma pequena tensão CA na superfície do níquel.
Uma alta impedância (resistência ao fluxo de corrente) indica uma camada estável - a pura níquel normalmente tem uma impedância de >10⁶ ohms · cm² em água neutra.
Teste de perda de peso (ASTM G1)
Mede a taxa de corrosão pesando uma amostra de níquel antes e após a exposição a um ambiente corrosivo. Para níquel puro na água do mar, A perda de peso deve ser <0.01 g/m²/dia.
7. Aplicações industriais de liga de níquel
A incapacidade do níquel de ferrugem e sua forte resistência à corrosão o tornam insubstituível em setores -chave:
Engenharia Marinha
Monel 400 e Inconel 625 são usados para hélices de navio, Componentes da plataforma offshore, e bombas de água do mar - onde sua resistência a corrosão de cloreto e água do mar garante 20 a 30 anos de serviço (vs.. 5–10 anos para aço).
Processamento químico
Ligas de níquel lidam com produtos químicos agressivos como ácido sulfúrico (Monel 400) e ácido clorídrico (Hastelloy C-276, Uma liga de níquel-politdênio).
Por exemplo, Hastelloy C-276 tem uma taxa de corrosão de <0.01 mm/ano em 20% HCl a 60 ° C - am melhor que o níquel puro.
Eletrônica
Níquel ultra-puro (99.99%) é usado em bolachas de semicondutores e terminais de bateria, onde superfícies sem manchas e resistência a ácidos leves (Por exemplo, soluções de limpeza) são críticos.
Arquitetura
Ligas de níquel-cromo (Por exemplo, Inconel 600) são usados para construir fachadas e monumentos - eles mantêm sua aparência de prata por décadas (Sem ferrugem, mancha mínima) e resistir à poluição urbana.
8. Conclusão: O níquel não enferruja, Mas pode corroer
Níquel nunca enferruja, Porque a ferrugem é óxido de ferro e níquel não tem ferro. É natural camada de óxido protege da maior parte da corrosão, mantendo -o muito mais durável que o aço em condições normais.
Mas níquel pode corroer sob certas situações: Água rica em cloreto, impurezas no metal, ou ácidos fortes podem danificar sua camada protetora.
Ligando níquel com metais como cromo, molibdênio, ou cobre, Os engenheiros criam ligas como Inconel e Monel, que resistem a produtos químicos agressivos, altas temperaturas, e água do mar.
Perguntas frequentes
Os itens níquel podem ser à prova de ferrugem?
Não - o revestimento Nickel é uma barreira, Mas se estiver danificado, o metal subjacente (frequentemente aço) irá enferrujar.
Para itens níquel "à prova de ferrugem", Use um revestimento duplex (níquel + cromo) ou selecione um material base de liga de níquel (Por exemplo, Monel) em vez de aço.
O níquel é mais resistente à corrosão que o aço inoxidável?
Depende do grau de aço inoxidável. Níquel puro é mais resistente à água do mar do que 304 aço inoxidável (propenso a picar),
mas 316 aço inoxidável (com molibdênio) corresponde ou excede a resistência de cloreto de níquel puro a um custo menor.
Níquel corroe em piscinas de água salgada?
Sim - as piscinas de salmão têm 3.000 a 5.000 ppm cl⁻, o que pode causar corda em níquel puro.
Use Inconel 625 ou 316 Aço inoxidável para componentes da piscina (Por exemplo, escadas, acessórios) para evitar corrosão.
Como posso limpar o níquel manchado sem danificá -lo?
Use uma solução leve de água morna e sabão de prato, ou uma pasta de bicarbonato de sódio e água (abrasivo o suficiente para remover manchas, gentil o suficiente para não arranhar a camada passiva).
Evite produtos químicos agressivos como alvejante, que dissolve nio.
O níquel é usado em revestimentos preventivos de ferrugem para aço?
Sim - revestimento de níquel de eletro (um uniforme, revestimento grosso) é aplicado a peças de aço (Por exemplo, parafusos automotivos, Cilindros hidráulicos) Para evitar ferrugem.
A camada de níquel atua como uma barreira, e sua camada passiva de óxido resiste à umidade.
