니켈이 녹슬지 않는 이유?

1. 소개

니켈 얇은 층이 형성되는 경향이 있기 때문에 “녹슬는 경우가 거의 없습니다”, 자기편, 다양한 서비스 조건에서 보호 기능을 발휘하는 느리게 성장하는 산화물/수산화물 표면층.

해당 패시브 필름 - 일반적으로 나노미터 규모의 NiO / ~ 안에(오)2형 층 — 금속과 물의 직접적인 접촉을 차단하고 이온 전달을 느리게 하여 추가적인 금속 용해를 획기적으로 줄입니다..

합금화, 니켈 산화물 형성에 대한 매우 안정적인 열역학, 상대적으로 느린 산화 동역학이 결합되어 니켈과 니켈이 풍부한 많은 합금이 광범위한 대기 및 수성 환경에서 내식성이 뛰어납니다..

그 말은, 니켈은 면역이 아니다: 일부 공격적인 매체와 높은 온도에서는 부식될 수 있습니다., 예외적인 환경이 발생하는 경우 특수 합금이나 코팅이 선택됩니다..

2. "녹"이 의미하는 것

"Rust"는 일반적으로 벗겨짐을 뜻하는 일반적인 단어입니다., 다공성 산화철 (철 옥시수산화물) 철이나 탄소강이 물과 산소가 있는 상태에서 부식될 때 형성됩니다..

Rust는 일반적으로 다음을 나타냅니다. 비보호, 밑에 있는 금속의 지속적인 빠른 공격을 허용하는 대량의 부식 생성물.

엔지니어들이 "니켈이 녹슬나요?"라고 물으면?” 그들은 일반적으로 의미: 니켈도 같은 형태의 누진성을 겪나요?, 철이 하는 자기 가속 부식?

짧은 기술 답변: 아니요 - 니켈은 동일한 벗겨짐을 형성하지 않습니다, 철이 하는 비보호 녹, 니켈은 추가 공격을 제한하는 소형 수동 산화물을 형성하기 때문입니다.. 그러나 니켈은 보호층을 파괴하거나 용해시키는 조건에서 부식될 수 있습니다..

3. 니켈이 부식에 저항하는 원자 및 전자적 이유

원자 수준에서, 내식성은 다음에 달려 있습니다. 원자가 산소에 얼마나 강하게 결합하는지, 그리고 그 산화물이 얼마나 안정적인지 열역학적으로나 구조적으로.

• 전자 구조 및 결합. 니켈은 부분적으로 채워진 3d 궤도를 가진 전이 금속입니다.. 이 3d 전자는 산소와 결합하여 니켈 산화물과 수산화물을 형성하는 데 참여합니다..
  Ni→NiO의 열역학 (및 관련 산화물/수산화물) 상대적으로 안정하고 중성수에 잘 녹지 않는 산화물을 생성합니다..
• 산화물 응집력 및 치밀성. NiO의 결정 구조와 일반적인 산화물/수산화물 층은 조밀하고 접착력이 있습니다., 상대적으로 낮은 다공성.
  이는 많은 철 부식 제품과 대조됩니다. (예를 들어, FeO·OH) 다공성이며 전해질 침투를 허용합니다..
• 낮은 이온 이동성. 보호 산화물이 효과적이려면, 이온의 수송 (금속 양이온이 바깥쪽으로 또는 산소/물이 안쪽으로) 영화를 통해서는 느린 것 같아요.
  산화니켈은 주변 온도에서 충분히 낮은 이온 전도도를 가지므로 성장이 자체적으로 제한되고 보호됩니다..

간결하게 말하면: 니켈의 화학적 성질은 니켈 형성을 선호합니다. 얇은, 자기편, 저용해성 산화물 볼륨감보다는, 다공성 부식 생성물.

4. 패시베이션: 보호 필름의 화학 및 구조

일반적인 환경에서 니켈이 "거의 녹슬지 않는" 주된 이유는 부동태화입니다. (나노미터-마이크로미터), 밀집한, 추가 반응을 극적으로 감소시키는 금속 표면의 접착성 산화물/수산화물 층.

니켈 패시베이션의 핵심 포인트:

• 구성. 패시브 필름은 일반적으로 니켈로 구성됩니다.(II) 산화물/수산화물 종 (니오와 N.(오)2) pH 및 산화환원 전위에 따라 혼합된 원자가 산화물 또는 수산화물을 포함할 수 있습니다..
• 자기 치유. 필름이 기계적으로 손상되었거나 국부적으로 제거된 경우, 산소나 산화종의 존재 하에서 급속한 재형성이 일어남, 보호 재설정.
• 접착력과 밀도. 바삭바삭한 것과는 다르게, 비보호 산화철 (Fe2O₃/FeOOH) 강철 위에서 자라서 부서지는 것, 니켈의 산화물 층은 조밀하고 기판에 단단히 결합되어 있습니다., 이는 추가 산소 및 이온 유입에 대한 효과적인 확산 장벽이 됩니다..
• 열역학적 안정성. 열역학적 안정성 영역 (Pourbaix 다이어그램에 표시된 대로) 광범위한 pH 및 잠재적 니켈에 걸쳐 Ni²⁺로 용해되기보다는 수동 산화물을 지원한다는 것을 보여줍니다..
  이 창은 니켈이 다양한 수성 환경에서 부식에 저항하는 이유를 설명합니다..

5. 산화를 늦추는 동역학 및 물리적 특성

열역학적 호감도를 넘어서, 운동 요인으로 인해 부식이 제한됩니다.:

• 빠른 속도로 얇은 형성, 보호 필름. 초기 산화물이 빠르게 형성됨, 그러면 산화물을 통한 이온 종의 확산이 느리기 때문에 성장이 자체적으로 제한됩니다..
• 낮은 결함 밀도. 치밀한 산화막은 산소와 금속 이온의 확산 경로가 적습니다.; 이온 수송이 느려지면 부식 전류가 감소합니다..
• 표면 마감 및 야금. 매끄러운, 가공 경화 또는 도금된 니켈 표면은 거친 표면에 비해 국부적인 공격이 시작되는 지점이 더 적습니다., 다공성 표면.
  기계적 연마, 무전해 또는 전해 도금은 표면 결함을 줄여 내식성을 향상시킬 수 있습니다..

6. 합금의 역할, 코팅 및 미세구조

순수 니켈은 이미 부동태화되어 있습니다., 그러나 엔지니어링 실무에서 니켈은 일반적으로 합금 원소 또는 표면 코팅으로 사용됩니다.; 이러한 용도는 내식성을 더욱 향상시킵니다..

• 니켈 합금. 모넬 등의 소재, 인코넬과 하스텔로이 (니켈 기반 합금) 니켈과 크롬을 결합하다, 몰리브덴, 구리 및 기타 요소.
  크롬과 몰리브덴은 부동태 피막의 안정성과 보수성을 높이고 공식에 대한 저항성을 향상시킵니다., 틈새 부식 및 산 감소.
• 무전해 및 전기도금 니켈. 이 코팅은 지속적인 제공, 기판을 환경으로부터 격리하고 접착력이 좋고 두께가 균일한 조밀한 장벽.
• 미세구조. 입자 크기, 침전물과 2차 입자가 국소 전기화학에 영향을 미침.
  유해한 2차 단계가 없는 균일한 고용체는 국부적인 부식을 촉진할 수 있는 미세 갈바니 전지를 줄입니다..

7. 환경 경계 — 니켈이 부식되는 곳

니켈의 수동성에는 한계가 있습니다. 패시브 피막을 손상시키는 조건을 이해하면 니켈이 언제 부식되는지 설명됩니다.:

• 염화물 공격 및 구멍내기. 높은 염화물 농도 (예를 들어, 바닷물 또는 고염수) 패시브 필름을 불안정하게 만들고 국부적인 구멍이나 틈새 부식을 일으킬 수 있습니다. 특히 온도가 상승할 때 더욱 그렇습니다..
  일부 니켈 합금은 크롬과 몰리브덴으로 인해 순수 니켈보다 피팅에 훨씬 더 잘 견딥니다..
• 강한 환원산. 특정 환원성 산성 환경 (예를 들어, 염산, 특정 농도와 온도의 황산) 니켈의 활성 용해를 촉진할 수 있습니다..
• 고온 및 산화 조건. 온도가 높아지면 산화물 특성이 바뀌고 필름을 통한 확산이 가속화될 수 있습니다., 일부 산화성 대기 또는 용융염에서 더 높은 부식 속도 가능.
• 알칼리성 염화물 환경 및 미생물학적으로 영향을 받은 부식. 결합된 화학적 및 생물학적 요인은 패시브 필름을 공격하는 미세 환경을 만들 수 있습니다..
• 매우 고급 소재 또는 특정 디자인 형상에 대한 갈바닉 커플링 제한된 조건에서 국부적인 양극/음극 현장을 생성할 수 있습니다..

8. 실패 모드 및 완화 전략

니켈 및 니켈 합금의 일반적인 고장 모드에는 피팅이 포함됩니다., 틈새 부식, 입계 공격 및 응력에 의한 부식. 완화 전략은 실용적이며 설계 및 유지 관리에 사용됩니다.:

• 재료 선택. 적절한 니켈 합금을 선택하십시오 (예를 들어, 산화 환경을 위한 니켈-크롬, 염화물 내성을 위한 니켈-몰리브덴) 서비스 조건에 맞는.
• 표면 처리. 전기 니켈, 니켈 도금, 패시베이션 처리 및 연마로 개시 부위를 줄이고 필름 균일성을 향상시킵니다..
• 디자인 세부사항. 틈새를 피하세요, 단단한 관절, 정체 지역; 검사를 위한 배수 및 접근권 제공.
• 음극 보호 및 희생 양극. 니켈이 다중 금속 어셈블리의 일부인 일부 시스템에서, 전류를 인가하거나 희생 양극을 사용하여 더 많은 활성 금속을 보호합니다..
  메모: 니켈이 더 귀할 경우 희생 양극 자체의 이점을 얻을 수 없습니다..
• 환경 제어 및 억제제. 염화물 수준 제어, 산소 함량, 부식 억제제를 사용하면 수동성을 보존할 수 있습니다..
• 정기점검. 국지적 공격의 초기 징후를 모니터링하고 전파되기 전에 교정합니다..

9. 니켈의 부식 거동을 활용하는 산업 용도

니켈은 보호막을 형성하고 견고한 합금을 생성하기 때문에, 그것은 널리 사용된다:

• 니켈 도금 및 전기 도금: 니켈 침전물이 매력적으로 형성됨, 강철 및 기타 기판의 부식 방지 표면 (장식적이고 기능적인 마감재에 사용됨).
• 니켈 기반 합금 (인코넬, 하스텔로이, 모넬): 화학공장에서 사용되는, 가스 터빈, 내식성과 고온 성능이 요구되는 열교환기 및 해양 환경.
• 주화, 스테인레스 패스너 및 전자 제품: 내구성과 내식성을 위해 니켈 및 니켈 합금을 사용합니다..
• 배터리 및 전기화학: 니켈 수산화물 및 니켈 산화물은 활성 배터리 전극 재료입니다. (Ni-MH, Ni-Cd, ni 기반 음극).
• 촉매 및 특수 화학 처리: 니켈 표면과 합금은 일반적인 촉매 및 촉매 지지체입니다..

설계자는 다음과 같은 용도로 니켈 또는 니켈이 풍부한 합금을 선택합니다. 수동적 행동, 안정, 예측 가능한 부식 속도 우선 순위입니다.

10. 유사한 재료와의 비교

11. 결론

니켈은 본질적인 전기화학적 고귀함과 조밀한 금속을 형성하는 능력을 결합하기 때문에 녹이 거의 발생하지 않습니다., 자기 제어 및 자기 치유 기능을 갖춘 접착성 수동 산화물/수산화물 필름.

합금 및 표면 처리로 안전 서비스 범위가 더욱 넓어집니다.. 하지만, 니켈의 수동성은 한계를 정의했습니다 — 염화물, 특정 산, 고온 및 열악한 설계로 내식성을 극복할 수 있음.

열역학 이해 (안정성 영역), 동력학 (필름 형성 및 운송), 야금 (미세구조 및 합금화) 그리고 환경 (화학, 온도, 역학) 성능을 예측하고 견고한 설계를 위해서는 필수적입니다., 수명이 긴 구성요소.

 

자주 묻는 질문

니켈은 부식에 완전히 면역되어 있습니까??

아니요. 니켈은 패시베이션으로 인해 다양한 환경에 강합니다., 그러나 공격적인 화학 (강한 착화산, 뜨거운 염화물, 특정 황화물 대기) 니켈이나 그 합금을 부식시킬 수 있음. 적절한 합금 선택이 필수적입니다.

니켈 도금은 강철을 어떻게 보호합니까??

니켈 도금은 주로 다음과 같은 역할을 합니다. 장벽 부식성 물질에 대한, 시스템에 따라, 귀족으로서 (음극의) 표면.

니켈은 철보다 귀하다; 코팅이 손상된 경우 강철을 희생적으로 보호하지 않습니다., 강철은 노출된 부위에서 우선적으로 부식될 수 있습니다..

니켈과 스테인레스강 내식성의 차이점은 무엇입니까??

스테인레스강은 Cr²O₃ 부동태 피막을 형성하기 위해 크롬 함량에 크게 의존합니다.; 니켈 및 니켈 합금은 NiO/Ni에 의존합니다.(오)2 필름, 종종 Cr 포함, 보호 강화를 위한 Mo 또는 Cu.

합금 설계는 주어진 환경에서 어떤 재료가 가장 잘 작동하는지 결정합니다..

바닷물에 니켈을 사용할 수 있습니까??

일부 니켈 합금 (예를 들어, 모넬, 특정 Ni-Cu 합금) 바닷물에서 잘 지내다. 다른 것들은 덜 적합하다.

바닷물 환경은 복잡하다 (클로라이드, 산소, 생물학); 해수 성능이 입증된 합금을 선택하세요..

온도가 니켈 패시베이션에 영향을 줍니까??

예. 온도가 상승하면 부식 과정이 가속화될 수 있습니다., 산화물 용해도 변경, 어떤 경우에는 수동 필름을 불안정하게 만듭니다.. 고온 서비스 한계에 대해서는 합금 데이터를 참조하십시오..

니켈이 녹슬나요??

아니요 - 철과는 다릅니다.. 니켈은 "녹"을 형성하지 않습니다 (강철의 전형적인 벗겨지기 쉬운 산화철). 대신에, 니켈은 빠르게 얇은 층으로 발전합니다., 밀집한, 접착성 산화물/수산화물 필름 (일반적으로 NiO / ~ 안에(오)2 및 혼합 산화물) 표면을 보호하고 추가 부식을 크게 지연시킵니다..

그 말은, 니켈 ~할 수 있다 특정 공격적인 조건에서 부식됨 (염화물이 풍부한 배지, 강한 환원산, 고온, 등.).