Чтобы решить вопрос «Никелевая ржавчина?”Все всесторонне, Сначала мы уточняем критическое различие: ржавчина - общий термин для оксида железа (Fe₂o₃ или fe₃o₄), Красно-коричневый продукт коррозии, эксклюзивные для железа и железосодержащих сплавов.
Никель, переходный металл без железа в чистой форме, не может сформировать ржавчину.
Однако, Никель может корреть - разрабатывая тонкие, Защитные оксидные слои или, в суровых условиях, более разрушительные соединения, такие как гидроксиды никеля или сульфиды.
1. Ржавчина против. Коррозия: Почему никель не может ржаветь
Решить основной вопрос, Сначала мы должны определить ключевые термины:
- Ржавчина: Гидратированный оксид железа (НАПРИМЕР., Фей(ОЙ)Nh₂o) образуется, когда железо реагирует с кислородом и влажностью.
Это пористое, флот, и не обеспечивает защиты от дальнейшей коррозии - именно поэтому стальные ржавчины без покрытия быстро во влажных средах. - Коррозия: Электрохимическая деградация любого металла из -за реакций с окружающей средой.
Для неплозное металлы, такие как никель, Коррозия производит оксиды, Гидроксиды, или соли, которые могут быть защитными (пассивный) или разрушительный.
Чистый никель (Является ≥ 99.0%) не содержит железа, Так что он не может сформировать оксид железа (ржавчина). Вместо,
Коррозионные продукты никеля в основном оксид никеля (Nio), никель гидроксид (В(ОЙ)₂), или никель карбонат (Нико)—Содра.
2. Коррозионная стойкость никеля: Пассивный оксидный слой
Репутация никеля в области коррозионной сопротивления проистекает из его способности формировать тонкий, прилипый пассивный оксидный слой На его поверхности - электрохимический барьер, который блокирует дальнейшую реакцию с окружающей средой.
Вот как работает этот процесс:
Формирование пассивного слоя
При воздействии кислорода (воздух, вода, или окислительная среда), Никель подвергается быстрой реакции: 2В + o2 → 2nio
Этот слой NIO просто 2–5 нанометры (н.м.) толстый (1 NM = 10⁻⁹ метров)- приводимо к невооруженному глазу, но плотно упаковано и химически стабильно.
В отличие от пористой ржавчины, слой NIO плотно прилипает к поверхности никеля, предотвращение достижения кислорода и влаги достигает основного металла.
В водной среде (НАПРИМЕР., вода, морская вода), слой развивается, чтобы включить никель гидроксид (В(ОЙ)₂) и, в газированных средах, никель карбонат (Нико)—Ка из которых усиливают пассивный барьер.
Стабильность пассивного слоя
Слой NIO остается стабильным в широком диапазоне условий:
- Диапазон pH: Эффективно в нейтральном (PH 6–8) и слегка щелочный (PH 8–12) среда.
В мягких кислотах (НАПРИМЕР., 5% уксусная кислота), слой медленно растворяется, Но в сильных кислотах (НАПРИМЕР., 37% соляная кислота), он полностью ломается. - Температура: Стабильная до ~ 600 ° C в воздухе. Выше этого, Нио сгущается и становится пористым, уменьшение его защитной способности (НАПРИМЕР., при 800 ° C., Никель коррозируется со скоростью ~ 0,1 мм в год в воздухе, против. <0.001 мм/год при комнатной температуре).
- Доступность кислорода: Требуется минимальный кислород для поддержания - даже в застойной воде, слой сохраняется, Сделать никель подходящим для погруженных приложений (НАПРИМЕР., Морские компоненты).
Скорость коррозии чистого никеля
| Среда | Скорость коррозии | Примечания |
| Городская атмосфера | <0.001 мм/год | Незначительный, >50-Год жизни |
| Морская вода (35,000 ppm cl⁻) | 0.005–0,01 мм/год | Намного ниже углеродистой стали (0.5–1 мм/год) |
| Нейтральная пресная вода | <0.005 мм/год | Подходит для оборудования для очистки воды |
3. Факторы, которые снижают коррозионную стойкость никеля
Хотя никель сильно устойчив к коррозии из-за пассивного оксидного слоя, Несколько факторов, связанных с окружающей средой и материалами, могут поставить под угрозу эту защиту.
Понимание этих факторов имеет решающее значение для прогнозирования эффективности никеля и предотвращения локальной или ускоренной коррозии.
Хлорид и галогенидные ионы: Ячечка и расщелина коррозия
Хлоридные ионы (CL⁻)-, Дорожная соль, и промышленные рассолы - величайший враг никеля.
Они проникают в пассивный слой NIO в слабых точках (НАПРИМЕР., царапины, Границы зерна) и инициировать Коррозия ячейки: крошечный, Локализованные отверстия, которые растут со временем.
- Механизм: Хлориды реагируют с никелем, образуя растворимый хлорид никеля (Никл), который растворяет оксидный слой локально.
Затем открытый никель быстро коррели, Создание ям как маленькие 10 мкм в диаметре. - Факторы риска: Высокие концентрации хлорида (>1,000 ppm), высокая температура (>50° C.), и застойные условия (НАПРИМЕР., щели между частями с болтовыми никелями).
- Данные: В морской воде (35,000 ppm cl⁻) при 60 ° C., Скорость коррозии чистого никеля увеличивается до 0,05–0,1 мм/год (5–10 × выше, чем при комнатной температуре) из -за ямы.
Примеси в никеле: Ослабление пассивного слоя
Коммерческий никель (НАПРИМЕР., ASTM B162 Grade 200, 99.0-99,5% в) содержит примеси следов, такие как железо (Фей), сера (С), и углерод (В)- Все из которых снижают коррозионную стойкость:
- Железо (Фей): Даже 0.5% Fe создает микрогальванические клетки (Железо действует как анод, никель как катод), Ускорение коррозии во влажной среде.
Например, никель с 1% Fe имеет коэффициент коррозии морской воды 0.02 мм/год (вдвое больше этого 99.99% чистый никель). - Сера (С): Образует никель сульфид (Нис) в сульфидной среде (НАПРИМЕР., нефтяные и газовые скважины с H₂S), который хрупкий и подвержен трещину.
- Углерод (В): В >0.1% В, формирует никелевый карбид (Ni₃c), который нарушает пассивный слой и увеличивает риск ячейки.
Ультра-высокая точка никель (99.99% В) избегает этих проблем, Сделайте его идеальным для критических применений, таких как производство полупроводников.
Сильные кислоты и уменьшение средств
Пассивный слой NiO растворяется в сильных восстанавливающих кислотах (НАПРИМЕР., соляная кислота, Hcl) или некисцидизирующие кислоты (НАПРИМЕР., серная кислота, H₂so₄ > 20% концентрация). Например:
- В 37% Hcl (комнатная температура), Чистый никель корродирует в 1–2 мм/год (Быстрая деградация, Нет пассивного слоя).
- В окислительных кислотах (НАПРИМЕР., азотная кислота, Hno₃), слой укреплен (азотная кислота действует как окислитель), Итак, никель сопротивляется коррозии (ставка <0.01 мм/год в 65% Hno₃).
4. Никелевые сплавы: Усиление коррозионной стойкости
| Сплав | Композиция (Основные элементы) | Преимущество коррозионной сопротивления | Уровень коррозии в морской воде (мм/год) | Типичные приложения |
| Чистый никель (99.99%) | Является ≥ 99.99% | Отличная устойчивость к общей атмосфере и пресной воде | 0.005–0.01 | Электроника, термопары, химические суда |
| Монель 400 | 65% В, 34% Кузок, 1% Фей | Превосходное сопротивление морская вода и уменьшение кислот (H₂so₄ <30%) | 0.002–0.005 | Морские клапаны, Пропеллерные валы, теплообменники |
| Insonel 625 | 59% В, 21.5% Герметичный, 9% МО | Исключительное сопротивление хлориды, Коррозия расщелины и ячейки, стабильная до 650 ° C | <0.001 | Оффшорные нефтяные установки, химические реакторы, Подводные трубопроводы |
| 304 Нержавеющая сталь | 18% Герметичный, 8% В, 74% Фей | Хорошая коррозионная стойкость в мягкой среде; склонны к ячеину в богатых хлоридах средах | 0.01–0.02 | Кухонная техника, архитектурная отделка |
| 316 Нержавеющая сталь | 16–18% кр, 10-14% имеют, 2–3% мес, баланс | Улучшенная сопротивление хлорида против. 304 Из -за Мо; Подходит для морской и химической среды | 0.005–0.01 | Морское оборудование, Химические резервуары, Прибрежная архитектура |
5. Общие заблуждения: «Ржавчина» на никелевых или никелированных предметах
Люди часто принимают коррозию никеля за ржавчину - что на самом деле происходит:
Заблуждение 1: «Моя никелированная сталь ржавела».
Факт: Ржавчина происходит от Стальной базовый металл, Не покрытие никеля.
Никелевое покрытие (5–50 мкм толщиной) защищает сталь, выступая в качестве барьера, но если покрытие царапается или изношено, сталь подвергается воздействию кислорода и влаги, образуя ржавчину.
Чтобы предотвратить это, никелированная сталь часто покрывается прозрачным лаком или используется в среде с низким уровнем устюзы.
Заблуждение 2: «Никель становится коричневым - не ржава?”
Факт: Коричневое обесцвечивание на никеле пятно, не ржавчина. Он образуется, когда никель реагирует с серыми соединениями в воздухе (НАПРИМЕР., от загрязнения или природного газа) создать сульфид никеля (Нис) или никелевый карбонат (Нико).
Тарнист тонкий и может быть удален мягким абразивным (НАПРИМЕР., пищевая сода), в отличие от ржавчины, что разрушительно.
«Никель в моем душе ржавел».
Факт: Вода для душа содержит хлориды (Из обработки водопроводной воды) и влага, какая причина Коррозия ячейки на никеле (не ржавчина).
Маленькие отверстия или белые пятна, которые вы видите, - это гидроксид никеля (В(ОЙ)₂), не оксид железа. Используя никель-хромий сплавы (НАПРИМЕР., Insonel) в душе.
6. Тестирование коррозионной стойкости никеля: Отраслевые стандарты
Для обеспечения того, чтобы никель и его сплавы соответствовали требованиям коррозии, Производители полагаются на стандартизированные тесты:
Тест на соленый спрей (ASTM B117)
Оценивает сопротивление, богатую хлоридом среды. Образцы подвергаются воздействию 5% NaCl Mist при 35 ° C в течение 100–1000 часов. Критерии прохождения чистого никеля: нет питтинг или коррозии после 500 часы.
Электрохимическая импедансная спектроскопия (Эйс)
Измеряют целостность пассивного слоя путем применения небольшого напряжения переменного тока на поверхность никеля.
Высокий импеданс (сопротивление потоку тока) указывает на стабильный слой - никель, как правило, имеет импеданс >10⁶ Ом · см² в нейтральной воде.
Тестирование по снижению веса (ASTM G1)
Измеряют скорость коррозии путем взвешивания образца никеля до и после воздействия коррозийной среды. Для чистого никеля в морской воде, Потеря веса должна быть <0.01 G/м²/день.
7. Промышленное применение никелевого сплава
Неспособность никеля к ржавчине и его сильная коррозионная стойкость сделает его незаменимым в ключевых секторах:
Морская инженерия
Монель 400 и insonel 625 используются для кораблей, Оффшорные компоненты платформы, и насосы морских вод - где их сопротивление к хлоридной ямке и коррозии морской воды обеспечивает 20–30 лет службы (против. 5–10 лет для стали).
Химическая обработка
Никелевые сплавы обрабатывают агрессивные химические вещества, такие как серная кислота (Монель 400) и соляная кислота (Hastelloy C-276, Никель-молибден сплав).
Например, Hastelloy C-276 имеет скорость коррозии <0.01 мм/год в 20% HCl при 60 ° C - лучше, чем чистый никель.
Электроника
Ультра-PURE Никель (99.99%) используется в полупроводниковых пластинах и терминалах аккумулятора, где поверхностные поверхности без запятнего (НАПРИМЕР., чистящие решения) имеют решающее значение.
Архитектура
Никель-хромий сплавы (НАПРИМЕР., Insonel 600) используются для фасадов здания и памятников - они сохраняют свое серебро на десятилетиях (Нет ржавчины, Минимальный пятно) и противостоять городскому загрязнению.
8. Заключение: Никель не ржавеет, Но это может корродировать
Никель никогда не ржавеет, Потому что ржавчина - оксид железа, а никель не имеет железа. Его естественный оксидный слой защищает его от большинства коррозий, Сохранение его гораздо более долговечной, чем сталь в нормальных условиях.
Но никель может корродировать в определенных ситуациях: Вода, богатая хлоридом, примеси в металле, или сильные кислоты могут повредить его защитный слой.
Спланируя никель с металлами, такими как хром, молибден, или медь, инженеры создают сплавы, такие как Insonel и Монель, которые сопротивляются резкому химическим веществам, высокая температура, и морская вода.
Часто задаваемые вопросы
Могут ли никелированные предметы когда-либо защищен от ржавчины?
Нет - Nickel Lating - это барьер, Но если это повреждено, базовый металл (часто сталь) будет ржавчина.
Для «защищенных от ржавчины» никелированных предметов, Используйте дуплексное покрытие (никель + хром) или выберите материал базового сплава никеля (НАПРИМЕР., Монель) вместо стали.
Никель более устойчив к коррозии, чем нержавеющая сталь?
Это зависит от оценки нержавеющей стали. Чистый никель более устойчив к морской воде, чем 304 нержавеющая сталь (подвержен ямке),
но 316 нержавеющая сталь (с молибденом) соответствует или превышает сопротивление хлоридных никеля по более низкой цене.
Корродирует ли никель в бассейнах соленой воды?
Да, бассейны Shaltwater имеют 3000–5000 ppm cl⁻, который может вызвать ямку в чистом никеле.
Используйте Inconel 625 или 316 нержавеющая сталь для компонентов бассейна (НАПРИМЕР., Лестницы, фитинги) Чтобы избежать коррозии.
Как я могу очистить запятнанную никель, не повреждая его?
Используйте мягкий раствор теплой воды и мыла для посуды, или паста из пищевой соды и воды (абразивный достаточно, чтобы удалить пятно, Достаточно нежнее, чтобы не поцарапать пассивный слой).
Избегайте резких химических веществ, таких как отбеливатель, которые растворяют Nio.
Никель используется в превентивных покрытиях ржавчины для стали?
Да - Электролесное никелевое покрытие (униформа, толстое покрытие) применяется к стальным деталям (НАПРИМЕР., Автомобильные болты, Гидравлические цилиндры) Чтобы предотвратить ржавчину.
Слой никеля действует как барьер, и его пассивный оксидный слой сопротивляется влаге.
