Gör nickelrost? Förstå nickels korrosionsbeteende

För att ta itu med frågan ”gör nickelrost?”Rättvisande, Vi klargör först en kritisk skillnad: Rust är den vanliga termen för järnoxid (Fe₂o₃ eller fe₃o₄), En rödbrun korrosionsprodukt exklusiv för järn- och järninnehållande legeringar.

Nickel, en övergångsmetall utan järn i sin rena form, kan inte bilda rost.

Dock, nickel kan korrodera - utveckla tunn, skyddande oxidlager eller, i hårda miljöer, Mer skadliga föreningar som nickelhydroxider eller sulfider.

1. Rost vs. Korrosion: Varför nickel inte kan rost

För att lösa kärnfrågan, Vi måste först definiera nyckeltermer:

• Rost: En hydratiserad järnoxid (TILL EXEMPEL., Feo(ÅH)Nh₂o) bildas när järn reagerar med syre och fukt.
  Det är poröst, fjällig, och erbjuder inget skydd mot ytterligare korrosion - det är därför obelagda stålskurar snabbt i våta miljöer.
• Korrosion: Den elektrokemiska nedbrytningen av någon metall på grund av reaktioner med dess omgivningar.
  För icke-järnmetaller som nickel, Korrosion producerar oxider, hydroxider, eller salter som kan vara skyddande (passiv) eller förstörande.

Rent nickel (Är ≥ 99.0%) Innehåller inget järn, så det kan inte bilda järnoxid (rost). I stället,
Nickels korrosionsprodukter är främst nickeloxid (Nio), nickelhydroxid (I(ÅH)₂), eller nickekarbonat (Nico₃)—KOMMER som uppför sig mycket annorlunda än rost.

2. Nickels korrosionsmotstånd: Det passiva oxidskiktet

Nickels rykte för korrosionsmotstånd härstammar från dess förmåga att bilda en tunn, vidhäftande passivt oxidlager på ytan - en elektrokemisk barriär som blockerar ytterligare reaktion med miljön.

Så här fungerar den här processen:

Bildning av det passiva skiktet

När den utsätts för syre (luft, vatten, eller oxiderande miljöer), nickel genomgår en snabb reaktion: 2I + o2 → 2nio
Detta Nio -lager är bara 2–5 nanometer (nm) tjock (1 nm = 10⁻⁹ meter)— Oskilt för blotta ögat - men tätt packat och kemiskt stabilt.

Till skillnad från porös rost, NIO -skiktet fästs hårt mot nickelytan, Förhindra syre och fukt från att nå den underliggande metallen.

I vattenhaltiga miljöer (TILL EXEMPEL., vatten, havsvatten), skiktet utvecklas till att inkludera nickelhydroxid (I(ÅH)₂) och, i kolsyrade miljöer, nickekarbonat (Nico₃)- Båda förstärker den passiva barriären.

Det passiva skiktets stabilitet

NIO -lagret förblir stabilt över ett brett spektrum av förhållanden:

• pH -intervall: Effektiv i neutral (pH 6–8) och något alkaliskt (pH 8–12) miljöer.
  I milda syror (TILL EXEMPEL., 5% ättiksyra), skiktet upplöses långsamt, Men i starka syror (TILL EXEMPEL., 37% saltsyra), det bryts helt ner.
• Temperatur: Stabil upp till ~ 600 ° C i luften. Över detta, Nio förtjockas och blir porös, minska dess skyddande förmåga (TILL EXEMPEL., vid 800 ° C, Nickel korroderar vid ~ 0,1 mm/år i luft, mot. <0.001 mm/år vid rumstemperatur).
• Syretillgänglighet: Kräver minimalt syre för att upprätthålla - även i stillastående vatten, lagret kvarstår, Gör nickel lämplig för nedsänkta applikationer (TILL EXEMPEL., marina komponenter).

Korrosionshastigheter för ren nickel

3. Faktorer som minskar nickels korrosionsmotstånd

Även om nickel är mycket korrosionsbeständig på grund av dess passiva oxidlager, Flera miljömässiga och materialrelaterade faktorer kan kompromissa med detta skydd.

Att förstå dessa faktorer är avgörande för att förutsäga nickels prestanda och förhindra lokaliserad eller accelererad korrosion.

Klorid- och halidjoner: Pitting och sprickkorrosion

Kloridjoner (Kl.)—Found i havsvatten, vägsalt, och industriella saltlake - är nickels största fiende.

De tränger in i det passiva Nio -lagret vid svaga punkter (TILL EXEMPEL., repor, korngränser) och initiera korrosion: mycket liten, Lokaliserade hål som växer med tiden.

• Mekanism: Klorider reagerar med nickel för att bilda löslig nickelklorid (Nicl₂), som upplöser oxidskiktet lokalt.
  Det exponerade nickelet korroderar sedan snabbt, Skapa så små gropar 10 μm i diameter.
• Riskfaktorer: Höga kloridkoncentrationer (>1,000 ppm), högtemperatur (>50° C), och stillastående förhållanden (TILL EXEMPEL., Spruckar mellan bultade nickeldelar).
• Data: I havsvatten (35,000 ppm cl⁻) vid 60 ° C, Ren nickels korrosionshastighet hoppar till 0,05–0,1 mm/år (5–10 × högre än vid rumstemperatur) på grund av pitting.

Föroreningar i nickel: Försvagar det passiva lagret

Handelsnickel (TILL EXEMPEL., ASTM B162 -klass 200, 99.0-99,5% vid) Innehåller spårföroreningar som järn (Fe), svavel (S), och kol (C)- som alla minskar korrosionsmotståndet:

• Järn (Fe): Även 0.5% FE skapar mikrogalvaniska celler (Järn fungerar som en anod, nickel som katod), accelerera korrosion i våta miljöer.
  Till exempel, nickel med 1% Fe har en havsvattenkorrosionshastighet av 0.02 mm/år (dubbla den av 99.99% rent nickel).
• Svavel (S): Bildar nickelsulfid (Nis) i sulfidiska miljöer (TILL EXEMPEL., olje- och gasbrunnar med h₂s), som är spröd och benägen att spricka.
• Kol (C): På >0.1% C, bildar nickelkarbid (Ni₃c), som stör det passiva skiktet och ökar pittingrisken.

Nickel med ultra-hög renhet (99.99% I) undviker dessa problem, Gör det idealiskt för kritiska applikationer som halvledartillverkning.

Starka syror och minskande miljöer

Det passiva NIO -skiktet upplöses i starka reducerande syror (TILL EXEMPEL., saltsyra, Hcl) eller icke-oxiderande syror (TILL EXEMPEL., svavelsyra, H₂so₄ > 20% koncentration). Till exempel:

• I 37% Hcl (rumstemperatur), Ren nickel korroderar 1–2 mm/år (snabb förnedring, inget passivt lager).
• I oxiderande syror (TILL EXEMPEL., salpetersyra, Hno₃), skiktet är förstärkt (Kalitesyran fungerar som en oxidationsmedel), Så nickel motstår korrosion (hastighet <0.01 mm/år i 65% Hno₃).

4. Nicklegeringar: Förbättra korrosionsmotståndet

5. Vanliga missuppfattningar: “Rust” på nickel eller nickelpläterade föremål

Människor misstar ofta nickelkorrosion för rost - här är vad som verkligen händer:

Missuppfattning 1: "Mitt nickelpläterade stål rostade."

Faktum: Rostet kommer från stålbas, inte nickelplätningen.

Nickelplätning (5–50 μm tjock) skyddar stål genom att fungera som en barriär, Men om pläteringen är repad eller sliten, stål utsätts för syre och fukt, bildande rost.

För att förhindra detta, Nickelpläterat stål är ofta belagd med en klar lack eller används i miljöer med låg fuktighet.

Missuppfattning 2: ”Nickel blir brunt - är inte så rost?”

Faktum: Brun missfärgning på nickel är missfärgning, inte rost. Det bildas när nickel reagerar med svavelföreningar i luft (TILL EXEMPEL., från föroreningar eller naturgas) för att skapa nickelsulfid (Nis) eller nickelkarbonat (Nico₃).

Tarnish är tunn och kan tas bort med ett milt slipmedel (TILL EXEMPEL., bakpulver), Till skillnad från rost, vilket är förstörande.

"Nickel i min dusch rostade."

Faktum: Duschvatten innehåller klorider (från kranvattenbehandling) och fukt, vilken orsak korrosion på nickel (inte rost).

De små hålen eller vita fläckarna du ser är nickelhydroxid (I(ÅH)₂), inte järnoxid. Använda nickel-kromlegeringar (TILL EXEMPEL., Ocny) i duschar förhindrar detta.

6. Testa nickels korrosionsmotstånd: Branschstandarder

För att säkerställa att nickel och dess legeringar uppfyller korrosionskraven, Tillverkarna förlitar sig på standardiserade tester:

Saltspraytest (ASTM B117)

Utvärderar resistens mot kloridrika miljöer. Prover utsätts för en 5% NaCl -dimma vid 35 ° C i 100–1 000 timmar. Klara kriterier för rent nickel: ingen grop eller korrosion efter 500 timme.

Elektrokemisk impedansspektroskopi (Eis)

Mäter det passiva skiktets integritet genom att applicera en liten växelström på nickelytan.

En hög impedans (Motstånd mot strömflödet) indikerar ett stabilt lager - Pure Nickel har vanligtvis en impedans av >10⁶ Ohms · cm² i neutralt vatten.

Viktminskningstestning (ASTM G1)

Mät korrosionshastighet genom att väga ett nickelprov före och efter exponering för en frätande miljö. För rent nickel i havsvatten, Viktminskning bör vara <0.01 g/m²/dag.

7. Industriella tillämpningar av nicklegering

Nickels oförmåga att rostas och dess starka korrosionsmotstånd gör det oföränderligt i viktiga sektorer:

Marinteknik

Monel 400 och Inconel 625 används för fartygs propeller, Offshore -plattformskomponenter, och havsvattenpumpar - där deras motstånd mot kloridgrop och havsvattenkorrosion säkerställer 20–30 års tjänst (mot. 5–10 år för stål).

Kemisk bearbetning

Nickellegeringar hanterar aggressiva kemikalier som svavelsyra (Monel 400) och saltsyra (Hastelloy C-276, en nickel-molybden-legering).

Till exempel, Hastelloy C-276 har en korrosionshastighet av <0.01 mm/år i 20% HCl vid 60 ° C - långt bättre än rent nickel.

Elektronik

Nickel (99.99%) används i halvledarskivor och batteriterminaler, där plågfria ytor och motstånd mot milda syror (TILL EXEMPEL., städlösningar) är kritiska.

Arkitektur

Nickelkromlegeringar (TILL EXEMPEL., Ocny 600) används för att bygga fasader och monument - de behåller sitt silverutseende i årtionden (ingen rost, minimal tarnish) och tål stadsföroreningar.

8. Slutsats: Nickel rostar inte, Men det kan korrodera

Nickel aldrig rostar, Eftersom rost är järnoxid och nickel har inget järn. Det är naturligt oxidlager skyddar det från mest korrosion, Att hålla det mycket mer hållbart än stål under normala förhållanden.

Men nickel kan korrodera under vissa situationer: kloridrikt vatten, föroreningar i metallen, eller starka syror kan skada dess skyddande skikt.

Genom att legera nickel med metaller som krom, molybden, eller koppar, ingenjörer skapar legeringar som Ocny och Monel, som motstår hårda kemikalier, högtemperatur, och havsvatten.

Vanliga frågor

Kan nickelpläterade föremål någonsin vara rostsäkra?

Nej - Nickel -plätering är en barriär, Men om det är skadat, den underliggande metallen (Ofta stål) kommer att rostas.

För "rostisolerade" nickelpläterade föremål, Använd en duplexbeläggning (nickel + krom) eller välj ett nickelegeringsbasmaterial (TILL EXEMPEL., Monel) istället för stål.

Är nickel mer korrosionsbeständig än rostfritt stål?

Det beror på rostfritt stålklass. Rent nickel är mer resistent mot havsvatten än 304 rostfritt stål (benägen att grop),

men 316 rostfritt stål (med molybden) matchar eller överskrider ren nickels kloridmotstånd till en lägre kostnad.

Korroderar nickel i saltvattenpooler?

Ja - Saltvattenpooler har 3 000–5 000 ppm Cl⁻, som kan orsaka grop i rent nickel.

Använd Inconel 625 eller 316 rostfritt stål för poolkomponenter (TILL EXEMPEL., stege, beslag) För att undvika korrosion.

Hur kan jag rengöra plågad nickel utan att skada det?

Använd en mild lösning av varmt vatten och tåltvål, eller en pasta av bakpulver och vatten (Slipande nog för att ta bort plågan, försiktigt för att inte skrapa det passiva lagret).

Undvik hårda kemikalier som blekmedel, som upplöser nio.

Används nickel i rostförhindrande beläggningar för stål?

Ja - elektrolös nickelplätering (en uniform, tjock beläggning) appliceras på ståldelar (TILL EXEMPEL., bilbultar, hydraulcylindrar) För att förhindra rost.

Nickelskiktet fungerar som en barriär, och dess passiva oxidlager motstår fukt.