Щоб вирішити питання "Чи нікель іржа?”Всебічно, Спочатку ми уточнюємо критичну відмінність: іржа - загальний термін для оксиду заліза (Fe₂o₃ або fe₃o₄), червоно-коричневий корозійний продукт, ексклюзивний для сплавів, що містять залізо та залізо,.
Нікель, перехідний метал без праски в чистому вигляді, не може утворити іржу.
Однак, нікель може роз'єднати - розвинений тонкий, Захисні оксидні шари або, у суворих умовах, Більш пошкоджені сполуки, такі як гідроксиди нікелю або сульфіди.
1. Іржа проти. Корозія: Чому нікель не може іржавити
Для вирішення основного питання, Спочатку ми повинні визначити ключові терміни:
- Іржавий: Зволожений оксид заліза (Напр., Фео(Он)Nh₂o) утворюється, коли залізо реагує з киснем і вологою.
Це пористо, лукавий, і не забезпечує захисту від подальшої корозії - ось чому без покриття сталевих іржі швидко у вологому середовищі. - Корозія: Електрохімічна деградація будь -якого металу через реакції з його оточенням.
Для кольорових металів, таких як нікель, Корозія виробляє оксиди, гідроксиди, або солі, які можуть бути захисними (пасивний) або руйнівний.
Чистий нікель (Є ≥ 99.0%) не містить заліза, тому він не може утворювати оксид заліза (іржавий). Натомість,
Корозійні продукти нікелю - це насамперед оксид нікелю (Ніо), Нікель гідроксид (У(Он)₂), або Карбонат нікелю (Ніко₃)—Купи, які поводяться дуже інакше, ніж іржа.
2. Корозійна стійкість нікелю: Пасивний оксидний шар
Репутація нікелю щодо корозійної стійкості випливає з його здатності формувати тонкий, Прискіпливий пасивний оксидний шар на його поверхні - електрохімічний бар'єр, який блокує подальшу реакцію з навколишнім середовищем.
Ось як працює цей процес:
Формування пасивного шару
При вплиді кисню (повітря, вода, або окислювальні середовища), Нікель зазнає швидкої реакції: 2В + O2 → 2nio
Цей шар Nio просто 2–5 нанометри (нм) товстий (1 nm = 10⁻⁹ метрів)—Подивовно неозброєний око - але щільно упаковане та хімічно стабільне.
На відміну від пористої іржі, Шар Nio щільно дотримується поверхні нікелю, Запобігання кисню та вологи до досягнення основного металу.
У водних умовах (Напр., вода, морська вода), шар розвивається, щоб включити Нікель гідроксид (У(Он)₂) і, У газованих умовах, Карбонат нікелю (Ніко₃)—Заху, що підсилює пасивний бар'єр.
Стабільність пасивного шару
Шар NIO залишається стабільним у широкому діапазоні умов:
- діапазон pH: Ефективний у нейтралі (pH 6–8) і трохи лужно (pH 8–12) середовище.
У м'яких кислотах (Напр., 5% оцтова кислота), шар розчиняється повільно, але у сильних кислотах (Напр., 37% соляна кислота), він повністю розбивається. - Температура: Стабільна до ~ 600 ° C у повітрі. Над цим, Nio потовщується і стає пористим, Зниження його захисної здатності (Напр., при 800 ° C, нікель королюється на рівні ~ 0,1 мм/рік у повітрі, проти. <0.001 мм/рік при кімнатній температурі).
- Наявність кисню: Вимагає мінімального кисню для обслуговування - навіть у застійній воді, шар зберігається, Зробити нікель придатним для занурених додатків (Напр., Морські компоненти).
Корозійні показники чистого нікелю
| Навколишнє середовище | Корозія | Нотатки |
| Міська атмосфера | <0.001 мм/рік | Незначний, >50-Рік життя |
| Морська вода (35,000 ppm cl⁻) | 0.005–0,01 мм/рік | Набагато нижчий, ніж вуглецева сталь (0.5–1 мм/рік) |
| Нейтральна прісна вода | <0.005 мм/рік | Підходить для обладнання для очищення води |
3. Фактори, що знижують резистентність до нікелю
Хоча нікель сильно стійкий до корозії завдяки своєму пасивному оксидному шару, Кілька факторів, пов'язаних з навколишнім середовищем та матеріалом, можуть поставити під загрозу цей захист.
Розуміння цих факторів має вирішальне значення для прогнозування продуктивності нікелю та запобігання локалізованій або прискореній корозії.
Хлорид та галогенідні іони: Корозія
Хлоридні іони (Cl⁻)—Трансфір у морській воді, дорожня сіль, і промислові розсоки - найбільший ворог нікелю.
Вони проникають у пасивний шар Nio у слабких точках (Напр., подряпини, зернові межі) і ініціювати корозія: крихітний, локалізовані отвори, які з часом ростуть.
- Механізм: Хлориди реагують з нікелем, утворюючи розчинний нікель хлорид (Нікл₂), який розчиняє оксидний шар локально.
Оголений нікель швидко розводиться, Створення ям на маленькі, як 10 мкм в діаметрі. - Фактори ризику: Високі концентрації хлориду (>1,000 PPM), Високі температури (>50° C), і застійні умови (Напр., щілини між болтованими деталями нікелю).
- Дані: У морській воді (35,000 ppm cl⁻) при 60 ° C, Частота корозії чистого нікелю стрибає до 0,05–0,1 мм/рік (5–10 × вище, ніж при кімнатній температурі) Через піттінг.
Домішки в нікелі: Ослаблення пасивного шару
Комерційний нікель (Напр., ASTM B162 клас 200, 99.0-99,5% на) містить сліди, як залізо, як залізо (Феод), сірка (S), і вуглець (C)—Се з яких знижують резистентність до корозії:
- Прасувати (Феод): Навіть 0.5% Fe створює мікрогальванічні клітини (Залізо діє як анод, нікель як катод), Прискорення корозії у вологих умовах.
Наприклад, нікель із 1% Fe має рівень корозії морської води 0.02 мм/рік (подвійний 99.99% чистий нікель). - Сірка (S): Утворює нікель сульфід (Ніс) в сульфідних умовах (Напр., нафтогазові свердловини з H₂s), що крихкий і схильний до розтріскування.
- Вуглець (C): В >0.1% C, утворює нікельський карбід (Ніяка), що порушує пасивний шар і збільшує ризик піттінгу.
Нікель ультра високий (99.99% У) Уникає цих проблем, що робить його ідеальним для критичних застосувань, таких як напівпровідникові виробництва.
Сильні кислоти та зменшення середовищ
Пасивний шар Nio розчиняється у сильних відновлювальних кислотах (Напр., соляна кислота, HCL) або не окислюючі кислоти (Напр., сірчана кислота, H₂so₄ > 20% концентрація). Наприклад:
- У 37% HCL (кімнатна температура), Чистий нікель кородує на рівні 1–2 мм/рік (Швидка деградація, Немає пасивного шару).
- В окислюванні кислот (Напр., азотна кислота, Hno₃), шар посилений (азотна кислота діє як окислювач), Тож нікель чинить опір корозії (оцінювати <0.01 мм/рік у 65% Hno₃).
4. Нікелеві сплави: Посилення резистентності до корозії
| Сплав | Склад (Основні елементи) | Перевага резистентності до корозії | Корозія корозії в морській воді (мм/рік) | Типові програми |
| Чистий нікель (99.99%) | Є ≥ 99.99% | Відмінна стійкість до загальної атмосфери та прісної води | 0.005–0.01 | Електроніка, Термопарки, хімічні судини |
| Монель 400 | 65% У, 34% Куточок, 1% Феод | Вища стійкість до морська вода та відновлення кислот (H₂so₄ <30%) | 0.002–0.005 | Морські клапани, вали гвинта, Теплообмінники |
| Юнель 625 | 59% У, 21.5% Cr, 9% Mo | Винятковий опір до хлориди, Корозія, стабільна до 650 ° C | <0.001 | Офшорні нафтові установи, хімічні реактори, Підводні трубопроводи |
| 304 Нержавіюча сталь | 18% Cr, 8% У, 74% Феод | Хороша резистентність до корозій у легких середовищах; схильний до піттингу в середовищах, багатих на хлорид | 0.01–0.02 | Кухонна техніка, архітектурна обробка |
| 316 Нержавіюча сталь | 16–18% Cr, 10-14% мають, 2–3% Мо, Баланс Fe | Поліпшена стійкість до хлориду проти. 304 Через Мо; підходить для морських та хімічних середовищ | 0.005–0.01 | Морське обладнання, Хімічні резервуари, прибережна архітектура |
5. Поширені помилки: "Іржа" на предметах нікелю або нікелю
Люди часто помиляються з нікелевою корозією для іржі - ось що насправді відбувається:
Неправильне уявлення 1: "Моя нікельована сталева іржа".
Факт: Іржа походить від сталевий основний метал, Не нікельське покриття.
Нікельне покриття (5–50 мкм товщиною) захищає сталь, виконуючи як бар'єр, Але якщо покриття подряпано або зношене, Сталь піддається кисню та вологи, формування іржі.
Щоб запобігти цьому, Нікельна сталь часто покривають прозорим лаку або використовують у середовищах з низьким вмістом моокриту.
Неправильне уявлення 2: "Нікель стає коричневим - це не та іржа?»
Факт: Коричневе знебарвлення на нікелі є затьмарювати, не іржа. Він утворюється, коли нікель реагує з сполуками сірки у повітрі (Напр., від забруднення або природного газу) створити сульфід нікелю (Ніс) або нікельський карбонат (Ніко₃).
Тарш тонкий і його можна видалити легким абразивом (Напр., харчова сода), На відміну від іржі, який є руйнівним.
"Нікель у моєму душі іржаві".
Факт: Душова вода містить хлориди (від очищення водопровідної води) і волога, які причина корозія на нікель (не іржа).
Маленькі отвори або білі плями, які ви бачите, - це нікель гідроксид (У(Он)₂), не оксид заліза. Використання сплавів нікель-хромій (Напр., Юнель) У зливах перешкоджає це.
6. Тестування резистентності до нікелю: Галузеві стандарти
Для того, щоб нікель та його сплави відповідали вимогам корозії, Виробники покладаються на стандартизовані тести:
Тест на розпилення солі (ASTM B117)
Оцінює стійкість до середовищ, багатих на хлорид. Зразки піддаються 5% NaCl Mist при 35 ° С протягом 100–1000 годин. Критерії проходження чистого нікелю: Немає піттінгу та корозії після 500 годинник.
Електрохімічна імпедансна спектроскопія (Ейс)
Вимірює цілісність пасивного шару, застосовуючи невелику напругу змінного струму на поверхню нікелю.
Високий опір (Опір потоку струму) вказує на стабільний шар - нерозумний нікель, як правило, має опір >10⁶ Ом · см² у нейтральній воді.
Тестування на втрату ваги (ASTM G1)
Вимірює швидкість корозії шляхом зважування зразка нікелю до та після впливу корозійного середовища. Для чистого нікелю в морській воді, Втрата ваги повинна бути <0.01 g/м²/день.
7. Промислові застосування нікельського сплаву
Нездатність нікелю до іржі та його сильна резистентність до корозії робить його незамінним у ключових секторах:
Морська інженерія
Монель 400 і Inconel 625 використовуються для корабельних гвинтів, компоненти на березії платформи, та насоси морської води - там, де їх стійкість до хлоридної піттінгу та корозії морської води забезпечує 20–30 років служби (проти. 5–10 років для сталі).
Хімічна обробка
Нікельні сплави обробляють агресивні хімічні речовини, такі як сірчана кислота (Монель 400) і соляна кислота (Hastelloy C-276, нікель-молібденний сплав).
Наприклад, Hastelloy C-276 має корозію <0.01 мм/рік у 20% HCL при 60 ° С - набороне краще, ніж чистий нікель.
Електроніка
Ультрафуровий нікель (99.99%) використовується в напівпровідникових вафлях та батареї, де поверхонь без запусків та стійкість до м'яких кислот (Напр., Рішення для чищення) є критичними.
Архітектура
Нікель-хромієві сплави (Напр., Юнель 600) використовуються для будівництва фасадів та пам’яток - вони зберігають свій срібний вигляд десятиліттями (Немає іржі, Мінімальний затьмарення) і протистояти міському забрудненню.
8. Висновок: Нікель не іржавий, але він може роз'єднати
Нікель Ніколи не іржавий, Тому що іржа - оксид заліза, а нікель не має заліза. Його природний оксидний шар захищає його від більшості корозії, зберігаючи його набагато міцнішим, ніж сталь, у звичайних умовах.
Але нікель Може роз'єднати за певних ситуацій: багата на хлорид води, Домішки в металі, або сильні кислоти можуть пошкодити його захисний шар.
Шляхом сплавлення нікелю з такими металами хром, молібден, або мідь, Інженери створюють сплави, такі як Юнель і Монель, які протистоять суворим хімікатам, Високі температури, і морська вода.
Поширені запитання
Чи можуть предмети, що належать до нікелю, коли-небудь бути захищеними від іржі?
Ні - качка - це бар'єр, Але якщо воно пошкоджено, основний метал (часто сталь) Вілл іржавий.
Для "іржавих" нікельових предметів, Використовуйте дуплексне покриття (нікель + хром) або виберіть базовий матеріал нікельського сплаву (Напр., Монель) замість сталі.
Є нікелем, більш стійким до корозії, ніж нержавіюча сталь?
Це залежить від сорту нержавіючої сталі. Чистий нікель більш стійкий до морської води, ніж 304 нержавіюча сталь (схильний до піттінгу),
але 316 нержавіюча сталь (з молібденом) відповідає або перевищує стійкість до хлориду чистого нікелю за меншими витратами.
Чи нікель роз'єднується в басейнах з морською водою?
Так - басейни Saltwater мають 3000–5000 проміле CL⁻, що може спричинити піттинг у чистому нікелі.
Використовуйте Inconel 625 або 316 Нержавіюча сталь для компонентів басейну (Напр., сходи, фурнітура) Щоб уникнути корозії.
Як я можу очистити заплямований нікель, не пошкодивши його?
Використовуйте м'який розчин теплої води та мила для посуду, або паста з харчовою содою та водою (достатньо абразивно, щоб видалити затьмарення, Досить ніжно, щоб не подряпати пасивний шар).
Уникайте суворих хімічних речовин, таких як відбілювач, які розчиняють nio.
Нікель, що використовується в покриттів, попереджих іржавих, для сталі?
Так - Електроцесне нікельське покриття (уніформа, товсте покриття) наноситься на сталеві деталі (Напр., Автомобільні болти, гідравлічні циліндри) Щоб запобігти іржею.
Нікельний шар виступає бар'єром, і його пасивний оксидний шар чинить опір волозі.
