要解决这个问题：“镍生锈了吗?全面, 我们首先阐明了一个临界区别: 生锈是氧化铁的常见术语 (fe₂o₃或fe₃o₄), 红棕色腐蚀产品独有的含铁和含铁合金.
镍, 过渡金属，其纯净形式没有铁, 无法形成生锈.
然而, 镍可以腐蚀 - 开发薄, 保护性氧化物层或, 在恶劣的环境中, 诸如镍氧化物或硫化物等更具破坏性的化合物.
1. 锈与. 腐蚀: 为什么镍不能生锈
解决核心问题, 我们必须首先定义关键术语:
- 锈: 水合氧化铁 (例如。, feo(哦)nh₂o) 当铁与氧气和水分反应时形成.
它是多孔的, 片状, 并且没有防止进一步腐蚀的保护. - 腐蚀: 由于其周围环境的反应引起的任何金属的电化学降解.
对于镍等非有产金属, 腐蚀会产生氧化物, 氢氧化物, 或可能具有保护性的盐 (被动的) 或破坏性.
纯镍 (为≥ 99.0%) 没有铁, 因此它不能形成氧化铁 (锈). 反而,
镍的腐蚀产品主要是 镍氧化物 (尼奥), 氢氧化镍 (在(哦)₂), 或者 碳酸盐 (尼科) - 与生锈有很大不同的竞争.
2. 镍的耐腐蚀性: 被动氧化物层
镍耐腐蚀的声誉源于其形成A的能力 薄的, 粘附的被动氧化物层 在表面上 - 一种电化学屏障，阻止了与环境的进一步反应.
Here’s how this process works:
被动层的形成
当暴露于氧气时 (空气, 水, or oxidizing environments), nickel undergoes a rapid reaction: 2Ni+O2→2NiO
This NiO layer is just 2–5 nanometers (NM) 厚的 (1 nm = 10⁻⁹ meters)—invisible to the naked eye—but densely packed and chemically stable.
Unlike porous rust, the NiO layer adheres tightly to the nickel surface, 防止氧气和水分到达基础金属.
在水性环境中 (例如。, 水, 海水), 层演变为包括 氢氧化镍 (在(哦)₂) 和, 在碳酸环境中, 碳酸盐 (尼科) - 两者都加强了被动障碍.
被动层的稳定性
NIO层在各种条件下保持稳定:
- pH范围: 有效中性 (pH 6–8) 和稍有碱 (pH 8–12) 环境.
在温和的酸中 (例如。, 5% 醋酸), 层缓慢溶解, 但是在强酸中 (例如。, 37% 盐酸), 它完全分解. - 温度: 在空气中稳定至〜600°C. 在此之上, Nio变厚并变成多孔, 降低其保护能力 (例如。, 在800°C, 镍腐蚀以〜0.1毫米/年的空气腐蚀, vs. <0.001 室温下的毫米/年).
- 氧气可用性: 需要最小的氧气才能维持 - 即使在停滞的水中, 层持续, 使镍适合浸没应用 (例如。, 海洋组成部分).
纯镍的腐蚀速率
| 环境 | 腐蚀速率 | 笔记 |
| 城市气氛 | <0.001 mm/年 | 微不足道, >50-一年的寿命 |
| 海水 (35,000 ppmcl⁻) | 0.005–0.01毫米/年 | 远低于碳钢 (0.5–1毫米/年) |
| 中性淡水 | <0.005 mm/年 | 适用于水处理设备 |
3. 减少镍耐腐蚀性的因素
尽管由于其被动氧化物层，镍高度耐腐蚀性, 几个与环境和物质有关的因素可以损害此保护.
了解这些因素对于预测镍的性能并防止局部或加速腐蚀至关重要.
氯化物和卤离子: 凹痕和缝隙腐蚀
氯离子 (cl⁻) - 在海水中发现, 路盐, 和工业盐水 - 镍是最大的敌人.
他们在弱点穿透被动NIO层 (例如。, 划痕, 晶界) 并发起 点腐蚀: 微小的, 随着时间的推移生长的局部孔.
- 机制: 氯化物与镍反应形成可溶性镍氯化物 (尼克), 局部溶解的氧化物层.
然后暴露的镍然后迅速腐蚀, 创建像小一样小的坑 10 直径为μm. - 风险因素: 高氯化物浓度 (>1,000 ppm), 高温 (>50°C), 和停滞条件 (例如。, 螺栓镍零件之间的缝隙).
- 数据: 在海水 (35,000 ppmcl⁻) 在60°C, 纯镍的腐蚀率跃升至0.05-0.1毫米/年 (5–10×比室温高) 由于斑点.
镍的杂质: 削弱被动层
商业镍 (例如。, ASTM B162等级 200, 99.0-99.5％at) 包含铁等质杂质 (铁), 硫 (s), 和碳 (c) - 所有这些都降低了耐腐蚀性:
- 铁 (铁): 甚至 0.5% FE会产生微钙细胞 (铁充当阳极, 镍作为阴极), 在湿环境中加速腐蚀.
例如, 镍与 1% FE的海水腐蚀速率为 0.02 mm/年 (两倍 99.99% 纯镍). - 硫 (s): 形成硫化镍 (nis) 在硫酸环境中 (例如。, 带有H₂S的油气井), 这很脆，容易破裂.
- 碳 (c): 在 >0.1% c, 形成镍碳化物 (ni₃c), 这破坏了被动层并增加了可减轻的风险.
超高纯镍 (99.99% 在) 避免这些问题, 非常适合诸如半导体制造的关键应用.
浓酸和还原环境
被动NIO层溶于强还原酸 (例如。, 盐酸, HCl) 或非氧化酸 (例如。, 硫酸, h₂so₄ > 20% 专注). 例如:
- 在 37% HCl (室温), 以1-2毫米/年的纯镍腐蚀 (快速降解, 没有被动层).
- 在氧化酸中 (例如。, 硝酸, hno₃), 该层是加强的 (硝酸充当氧化剂), 所以镍抵抗腐蚀 (速度 <0.01 毫米/年 65% hno₃).
4. 镍合金: 增强耐腐蚀性
| 合金 | 作品 (主要要素) | 耐腐蚀优势 | 海水中的腐蚀率 (mm/年) | 典型的应用 |
| 纯镍 (99.99%) | 为≥ 99.99% | 对一般气氛和淡水的极好抵抗力 | 0.005–0.01 | 电子产品, 热电偶, 化学容器 |
| 莫内尔 400 | 65% 在, 34% 铜, 1% 铁 | 优越的抵抗力 海水和还原酸 (h₂so₄ <30%) | 0.002–0.005 | 海洋阀, 螺旋桨轴, 热交换器 |
| inconel 625 | 59% 在, 21.5% Cr, 9% 莫 | 特殊的抵抗力 氯化物, 缝隙和点蚀腐蚀, 稳定高达650°C | <0.001 | 离岸油钻机, 化学反应堆, 海底管道 |
| 304 不锈钢 | 18% Cr, 8% 在, 74% 铁 | 轻度环境中的良好耐腐蚀性; 容易在富含氯化物的环境中斑点 | 0.01–0.02 | 厨房用具, 建筑装饰 |
| 316 不锈钢 | 16–18％Cr, 10-14％有, 2–3％mo, 余额铁 | 改善氯化物的耐药性 vs. 304 由于mo; 适合海洋和化学环境 | 0.005–0.01 | 海洋设备, 化学罐, 沿海建筑 |
5. 常见的误解: 镍或镍的物品上的“生锈”
人们经常将镍腐蚀误认为生锈 - 实际上正在发生的事情:
误解 1: “我的镍镀钢生锈了。”
事实: 生锈来自 钢铁金属, 不是镀镍.
镀镍 (5–50μm厚) 通过充当障碍来保护钢, 但是，如果将电镀刮擦或磨损, 钢暴露于氧气和水分, 形成生锈.
为了防止这种情况, 镀镍的钢通常涂有透明漆或在低色环境中使用.
误解 2: “镍变成棕色 - 不是生锈?透明
事实: 镍上的棕色变色是 玷污, 不要生锈. 当镍与空气中的硫化合物反应时形成 (例如。, 污染或天然气) 制成硫化镍 (nis) 或碳酸盐 (尼科).
tarnish很薄，可以用温和的磨料去除 (例如。, 小苏打), 与生锈不同, 这是破坏性的.
“我的淋浴里的镍生锈了。”
事实: 淋浴水含有氯化物 (从自来水处理) 和水分, 原因 点腐蚀 在镍上 (不要生锈).
您看到的小孔或白点是氢氧化镍 (在(哦)₂), 不是氧化铁. 使用镍铬合金 (例如。, inconel) 在淋浴中阻止了这一点.
6. 测试镍的耐腐蚀性: 行业标准
确保镍及其合金满足腐蚀要求, 制造商依靠标准化测试:
盐喷雾测试 (ASTM B117)
评估对富含氯化物环境的抵抗力. 样品暴露于 5% NaCl在35°C时持续100–1,000小时. 通过纯镍的标准: 之后没有蚀刻或腐蚀 500 小时.
电化学阻抗光谱 (EIS)
通过在镍表面施加小的交流电压来衡量被动层的完整性.
高阻抗 (电流的抗性) 表示稳定的层 - Pure镍通常具有 >10⁶中性水中的欧姆·cm².
减肥测试 (ASTM G1)
暴露于腐蚀环境之前和之后，通过称量镍样品来测量腐蚀速率. 对于海水中的纯镍, 减肥应该是 <0.01 g/m²/天.
7. 镍合金的工业应用
镍无法生锈及其强烈的耐腐蚀性，使其在关键部门不可替代:
海洋工程
莫内尔 400 和inconel 625 用于船舶螺旋桨, 离岸平台组件, 和海水泵 - 它们对氯化物蚀刻和海水腐蚀的抵抗力可确保服务20 - 30年 (vs. 5–10年的钢).
化学处理
镍合金处理侵袭性化学物质，例如硫酸 (莫内尔 400) 和盐酸 (Hastelloy C-276, 镍溶血合金).
例如, Hastelloy C-276的腐蚀速率为 <0.01 毫米/年 20% HCl在60°C下 - 比纯镍好.
电子产品
超色镍 (99.99%) 用于半导体晶片和电池端子, 没有粉状的表面和对温和酸的耐药性 (例如。, 清洁解决方案) 很关键.
建筑学
镍铬合金 (例如。, inconel 600) 用于建造立面和古迹 - 它们保留了几十年的银色外观 (没有生锈, 最小的粉状) 并承受城市污染.
8. 结论: 镍不会生锈, 但是它可以腐蚀
镍 永远不要生锈, 因为生锈是氧化铁，镍没有铁. 它很自然 氧化物层 保护它免受大多数腐蚀, 在正常条件下，保持比钢更耐用.
但是镍 可以腐蚀 在某些情况下: 富含氯化物的水, 金属中的杂质, 或浓酸会损坏其保护层.
通过将镍与金属合金合金 铬, 钼, 或铜, 工程师创建合金，例如 inconel 和 莫内尔, 抗化学物质, 高温, 和海水.
常见问题解答
镀镍的物品可以防锈吗?
不，尼克电镀是一个障碍, 但是如果损坏, 基础金属 (经常钢) 会生锈的.
用于“防锈”镍镀镍物品, 使用复式涂料 (镍 + 铬合金) 或选择一种镍合金碱材料 (例如。, 莫内尔) 而不是钢.
镍比不锈钢更耐腐蚀?
这取决于不锈钢等级. 纯镍比海水更具抵抗力 304 不锈钢 (容易斑点),
但 316 不锈钢 (与钼) 匹配或超过纯镍的氯化物抵抗力，成本较低.
镍池中的镍腐蚀吗?
是的 - 萨尔特沃特池有3,000-5,000 ppmcl⁻, 这可能会导致纯镍斑点.
使用Inconel 625 或者 316 泳池组件的不锈钢 (例如。, 梯子, 配件) 避免腐蚀.
我如何清洁镍的镍而不会损坏它?
使用温和的温水和洗碗皂, 或小苏打和水的糊 (磨料足以消除tarnish, 足够温和，不刮擦被动层).
避免像漂白剂一样恶劣的化学物质, 溶解NIO.
镍是在钢锈涂料中用于钢的?
是的 - 电子镀镍 (制服, 厚涂层) 应用于钢零件 (例如。, 汽车螺栓, 液压缸) 防止生锈.
镍层充当障碍物, 它的被动氧化物层抵抗水分.
