1. Introduzzjoni
Nickel "rari sadid" minħabba li għandha tendenza li tifforma rqiqa, aderenti, u saff tal-wiċċ ta 'ossidu/idrossidu li jikber bil-mod li huwa protettiv taħt ħafna kundizzjonijiet ta' servizz.
Dak il-film passiv - tipikament NiO fuq skala nanometru / Fi(OH)Saff tat-tip ₂ — inaqqas drammatikament aktar dissoluzzjoni tal-metall billi jimblokka l-kuntatt dirett metall-ilma u billi jnaqqas it-trasport joniku.
Ligi, termodinamika stabbli ħafna għall-formazzjoni ta 'ossidu tan-nikil, u kinetiċi ta' ossidazzjoni relattivament bil-mod jingħaqdu biex jagħmlu n-nikil u ħafna ligi b'ħafna nikil reżistenti ħafna għall-korrużjoni f'firxa wiesgħa ta 'atmosferi u ambjenti milwiema.
Hekk qal, nikil mhuwiex immuni: f'xi midja aggressiva u f'temperaturi elevati tista 'tissaddad, u ligi jew kisjiet speċjali jintgħażlu fejn iseħħu ambjenti eċċezzjonali.
2. Xi tfisser "sadid".
"Sadid" hija kelma komuni normalment riżervata għall-flaky, ossidi tal-ħadid poruż (ossidrossidi tal-ħadid) dik il-forma meta l-ħadid jew l-azzar tal-karbonju jissaddad fil-preżenza ta 'ilma u ossiġnu.
Sadid tipikament tindika mhux protettivi, prodotti ta 'korrużjoni voluminużi li jippermettu attakk rapidu kontinwu tal-metall sottostanti.
Meta l-inġiniera jistaqsu “Sadid in-nikil?” huma tipikament ifissru: ma nikil jgħaddi mill-istess forma ta 'progressiva, korrużjoni li taċċellera lilha nnifisha li tagħmel il-ħadid?
It-tweġiba teknika qasira: le - nikil ma jifformax l-istess flaky, sadid mhux protettiv li jagħmel il-ħadid, minħabba li n-nikil jifforma ossidu passiv kompatt li jillimita aktar attakk. Iżda n-nikil jista 'jissaddad taħt kundizzjonijiet li jeqirdu jew idewweb dak is-saff protettiv.
3. Raġunijiet atomiċi u elettroniċi n-nikil jirreżisti l-korrużjoni
Fil-livell atomiku, reżistenza għall-korrużjoni tiddependi fuq kemm l-atomi jingħaqdu mal-ossiġnu u kemm huma stabbli dawk l-ossidi termodinamikament u strutturali.
- Struttura elettronika u twaħħil. In-nikil huwa metall ta 'tranżizzjoni b'orbitali 3d parzjalment mimlija. Dawn l-elettroni 3d jipparteċipaw fit-twaħħil mal-ossiġnu biex jiffurmaw ossidi u idrossidi tan-nikil.
It-termodinamika ta 'Ni→NiO (u ossidi/idrossidi relatati) jagħti ossidu li huwa relattivament stabbli u mhux solubbli ħafna fl-ilma newtrali. - Koeżjoni tal-ossidu u kumpattezza. L-istruttura tal-kristall ta 'NiO u s-saffi tipiċi ta' ossidu/idrossidu huma kompatti u aderenti, b'porożità relattivament baxxa.
Dan jikkuntrasta ma 'ħafna prodotti tal-korrużjoni tal-ħadid (E.g., FeO·OH) li huma porużi u jippermettu l-penetrazzjoni tal-elettroliti. - Mobbiltà jonika baxxa. Biex ossidu protettiv ikun effettiv, trasport ta' joni (jew katjoni tal-metall 'il barra jew ossiġnu/ilma 'l ġewwa) permezz tal-film għandu jkun bil-mod.
L-ossidi tan-nikil għandhom konduttività jonika baxxa biżżejjed f'temperaturi ambjentali li t-tkabbir huwa awtolimitat u protettiv.
Poġġi tersely: il-kimika tan-nikil tiffavorixxi l-formazzjoni ta’ a irqiq, aderenti, ossidu b'solubilità baxxa aktar milli voluminużi, prodotti tal-korrużjoni porużi.
4. Passivazzjoni: il-kimika u l-istruttura tal-film protettiv
Ir-raġuni dominanti li n-nikil "rarament jissadid" f'ambjenti komuni hija l-passivazzjoni - il-formazzjoni spontanja ta 'rqiq ħafna. (nanometru–mikrometru), dens, u saff ta 'ossidu/idrossidu aderenti fuq il-wiċċ tal-metall li jnaqqas b'mod drammatiku aktar reazzjoni.
Punti ewlenin dwar il-passivazzjoni tan-nikil:
- Kompożizzjoni. Il-film passiv huwa tipikament magħmul minn nikil(II) speċi ta' ossidu/idrossidu (Nio u N.(OH)₂) u jistgħu jinkludu ossidi jew idrossidi ta' valenza mħallta skond il-pH u l-potenzjal redox.
- Awto-fejqan. Jekk il-film ikun bil-ħsara mekkanikament jew imneħħi lokalment, riformazzjoni rapida sseħħ fil-preżenza ta 'ossiġnu jew speċi ossidanti, terġa’ tistabbilixxi l-protezzjoni.
- Adeżjoni u densità. B'differenza mill-flaky, ossidi tal-ħadid mhux protettivi (Fe₂O₃/FeOOH) li jikbru u jferrxu fuq l-azzar, is-saff tal-ossidu tan-nikil huwa kompatt u marbut sewwa mas-sottostrat, li jagħmilha barriera effettiva tad-diffużjoni kontra aktar dħul ta 'ossiġnu u joni.
- Stabbiltà termodinamika. L-oqsma ta' stabbiltà termodinamika (kif rappreżentat fid-dijagrammi Pourbaix) juru li fuq firxa wiesgħa ta 'pH u nikil potenzjali jappoġġja ossidu passiv aktar milli jinħall bħala Ni²⁺.
Dik it-tieqa tispjega għaliex in-nikil jirreżisti l-korrużjoni f'ħafna ambjenti milwiema.
5. Kinetiċi u proprjetajiet fiżiċi li jnaqqsu l-ossidazzjoni
Lil hinn mill-favorabilità termodinamika, fatturi kinetiċi jillimitaw il-korrużjoni:
- Formazzjoni rapida ta 'rqiq, film protettiv. L-ossidu inizjali jifforma malajr, imbagħad it-tkabbir isir awtolimitanti minħabba li d-diffużjoni ta 'speċi joniċi permezz tal-ossidu hija bil-mod.
- Densità baxxa tad-difetti. Film ta 'ossidu dens jippreżenta inqas mogħdijiet ta' diffużjoni għall-ossiġnu u joni tal-metall; trasport tal-jone aktar bil-mod inaqqas il-kurrent tal-korrużjoni.
- Finitura tal-wiċċ u metallurġija. Lixx, uċuħ tan-nikil imwebbsa bix-xogħol jew indurati għandhom inqas siti ta’ bidu għal attakk lokalizzat meta mqabbla ma’ mhux maħduma, uċuħ porużi.
Illustrar mekkaniku, kisi elettrolitiku jew elettrolitiku jista 'jtejjeb ir-reżistenza għall-korrużjoni billi jnaqqas id-difetti fil-wiċċ.
6. Rwol tal-liga, kisjiet u mikrostruttura
Nikil pur diġà passiva, iżda fil-prattika tal-inġinerija n-nikil jintuża komunement bħala element ta 'liga jew bħala kisi tal-wiċċ; dawn l-użi jkomplu jtejbu r-reżistenza għall-korrużjoni.
- Ligi tan-nikil. Materjali bħal Monel, Inconel u Hastelloy (ligi bbażati fuq in-nikil) għaqqad nikil mal-kromju, molibdenu, ram u elementi oħra.
Il-kromju u l-molibdenu jżidu l-istabbiltà u t-tiswija tal-film passiv u jipprovdu reżistenza mtejba għall-pitting, korrużjoni tax-xquq u aċidi li jnaqqsu. - Nikil elettroless u electroplated. Dawn il-kisi jipprovdu kontinwu, barriera densa li tiżola s-sottostrat mill-ambjent u ħafna drabi jkollha adeżjoni tajba u ħxuna uniformi.
- Mikrostruttura. Daqs tal-qamħ, preċipitati u partiċelli tat-tieni fażi jaffettwaw l-elettrokimika lokali.
Soluzzjonijiet solidi omoġenji mingħajr it-tieni fażijiet detrimentali jnaqqsu ċ-ċelloli mikro-galvaniċi li kieku jippromwovu korrużjoni lokalizzata.
7. Konfini ambjentali - fejn in-nikil jissaddad
Il-passività tan-nikil għandha limiti. Il-fehim tal-kundizzjonijiet li jikkompromettu l-film passiv jispjega meta n-nikil jissaddad:
- Attakk tal-klorur u pitting. Konċentrazzjonijiet għolja ta 'klorur (E.g., ilma baħar jew salmura b'ħafna melħ) jista' jiddestabilizza films passivi u jikkawża korrużjoni lokalizzata ta' ħofor jew qsim—speċjalment f'temperaturi elevati.
Xi ligi tan-nikil jirreżistu l-pitting ħafna aħjar minn nikil pur minħabba l-kromju u l-molibdenu. - Aċidi li jnaqqsu b'saħħithom. Ċerti ambjenti ta 'aċidu li jnaqqsu (E.g., aċidu idrokloriku, aċidu sulfuriku f'konċentrazzjonijiet u temperaturi partikolari) jista 'jippromwovi x-xoljiment attiv tan-nikil.
- Temperatura għolja u kundizzjonijiet ossidanti. Temperaturi elevati jibdlu l-proprjetajiet tal-ossidu u jistgħu jaċċelleraw id-diffużjoni permezz tal-films, li jippermettu rati ogħla ta 'korrużjoni f'xi atmosferi ossidanti jew imluħa mdewba.
- Ambjenti tal-klorur alkalin u korrużjoni influwenzata mikrobijoloġikament. Fatturi kimiċi u bijoloġiċi kkombinati jistgħu joħolqu mikroambjenti li jattakkaw il-film passiv.
- Akkoppjar galvaniku ma 'materjali nobbli ħafna jew ġeometriji ta' disinn partikolari jistgħu joħolqu siti anodiċi/katodiċi lokali taħt kundizzjonijiet kostretti.
8. Modi ta' falliment u strateġiji ta' mitigazzjoni
Modi ta 'falliment komuni għan-nikil u l-ligi tan-nikil jinkludu l-pitting, korrużjoni tax-xquq, attakk intergranulari u korrużjoni megħjuna mill-istress. L-istrateġiji ta' mitigazzjoni huma prattiċi u użati fid-disinn u l-manutenzjoni:
- Għażla tal-materjal. Agħżel liga tan-nikil xierqa (E.g., nikil-kromju għal ambjenti ossidanti, nikil-molibdenu għat-tolleranza tal-klorur) imqabbla mal-kundizzjonijiet tas-servizz.
- Trattamenti tal-wiċċ. Nikil elettroless, kisi tan-nikil, trattamenti ta 'passivazzjoni u illustrar inaqqsu s-siti ta' bidu u jtejbu l-uniformità tal-film.
- Dettalji tad-disinn. Evita xquq, ġonot stretti, u żoni ta’ staġnar; jipprovdu drenaġġ u aċċess għall-ispezzjoni.
- Protezzjoni katodika u anodi sacrificial. F'xi sistemi fejn in-nikil huwa parti minn assemblaġġ multi-metall, l-anodi tal-kurrent impressjonat jew tas-sagrifiċċju jipproteġu metalli aktar attivi.
Nota: meta n-nikil ikun aktar nobbli mhux se jibbenefika minn anodi sacrificial innifsu. - Kontroll ambjentali u inibituri. Kontroll tal-livelli tal-klorur, kontenut ta' ossiġnu, u l-użu ta 'inibituri tal-korrużjoni jista' jippreserva l-passività.
- Spezzjoni regolari. Immonitorja għal sinjali bikrija ta 'attakk lokalizzat u rrimedja qabel il-propagazzjoni.
9. Użi industrijali li jisfruttaw l-imġieba tal-korrużjoni tan-nikil
Minħabba li n-nikil jifforma films protettivi u jagħti ligi robusti, huwa użat ħafna:
- Kisi tan-nikil u electroplating: depożiti tan-nikil jiffurmaw attraenti, uċuħ reżistenti għall-korrużjoni fuq l-azzar u substrati oħra (użat fuq finituri dekorattivi u funzjonali).
- Ligi b'bażi tan-nikil (Inconel, Hastelloy, Monel): użati fl-impjanti kimiċi, turbini tal-gass, skambjaturi tas-sħana u ambjenti tal-baħar fejn huma meħtieġa reżistenza għall-korrużjoni u prestazzjoni f'temperatura għolja.
- Muniet, qfieli li ma jissaddadx u elettronika: nikil u ligi tan-nikil jintużaw għal durabilità u reżistenza għall-korrużjoni.
- Batteriji u elettrokimika: l-idrossidu tan-nikil u l-ossidi tan-nikil huma materjali attivi tal-elettrodi tal-batterija (Ni–MH, Ni–Cd, katodi bbażati fuq ni).
- Kataliżi u proċessar kimiku ta 'speċjalità: uċuħ tan-nikil u ligi huma katalisti komuni u appoġġi tal-katalizzaturi.
Disinjaturi jagħżlu nikil jew ligi b'ħafna nikil għal applikazzjonijiet fejn imġieba passiva, stabbiltà, u rati ta 'korrużjoni prevedibbli huma prijoritajiet.
10. Tqabbil ma 'materjali simili
| Materjal (forma tipika) | Film passiv / mekkaniżmu | Rata ta 'korrużjoni ġenerali milwiema tipika (kwalitattivi) | Pitting / reżistenza għal xquq (servizz tal-klorur) | Sadid? |
| Nikil pur (kummerċjali Huwa) | NiO / Fi(OH)₂ film passiv; awto-fejqan fil-midja ossidanti | Baxx | Moderat — suxxettibbli fis-sħana, kloruri konċentrati | LE — ma tifformax “sadid” tal-ħadid; jissaddad permezz tal-formazzjoni ta 'ossidu tan-nikil/idrossidu u jista' jgħaddi minn attakk lokalizzat taħt kundizzjonijiet aggressivi |
| Ligi bbażati fuq in-nikil (E.g., Inconel, Hastelloy, Monel) | Kumpless, ossidi mħallta stabbli (imsaħħa minn Cr, Mo, eċċ.); passività robusta | Baxxa ħafna | Eċċellenti (ħafna gradi inġinerija għar-reżistenza għall-klorur u l-aċidu mħallat) | LE — mhux suxxettibbli li jiffurmaw sadid tal-ħadid; reżistenti ħafna għall-korrużjoni iżda jista 'jfalli b'modi lokalizzati jekk l-għażla tal-liga ma tkunx xierqa |
Azzar li ma jissaddadx 304 |
Film passiv Cr₂O₃ (saff passiv b'ħafna kromju) | Baxx f'ħafna kundizzjonijiet newtrali/atmosferiċi | Fqir — ħofor/xquq faċilment f'ambjenti tal-klorur | IVA (possibbli) — fih ħadid u jista' jifforma ossidu tal-ħadid ("sadid") jekk film passiv jitkisser jew megħlub (E.g., kloruri għoljin) |
| Azzar li ma jissaddadx 316 (L/LM) | Cr₂O₃ b'żidiet Mo li jtejbu l-istabbiltà tal-film | Baxx | Tajjeb — reżistenza għall-klorur aħjar minn 304 iżda limitu finit | IVA (inqas probabbli minn 304) — għadu liga bbażata fuq il-ħadid; is-sadid huwa mhux komuni f'servizz moderat iżda possibbli jekk il-passività tkun kompromessa |
| Ram (kummerċjalment pur, C11000) | Cu₂O / CuO u patina stabbli f'ħafna ambjenti | Baxx f'ħafna ilmijiet | Moderat — attakk lokalizzat bl-alidi, ammonja, sulfidi | LE — ma tifformax sadid tal-ħadid; jifforma ossidi tar-ram/patina u jesperjenza forom oħra ta 'korrużjoni (diżinfezzjoni, pitting f'xi midja) |
Ligi tal-aluminju (5xxx/6xxx serje) |
Al₂O₃ irqiq, film ta 'ossidu aderenti | Baxx–Moderat (dipendenti fuq l-ambjent) | Fqir — suxxettibbli għal pitting fil-medja tal-klorur | LE — ma tifformax sadid tal-ħadid; jissaddad bil-formazzjoni ta 'ossidu tal-aluminju u pitting lokalizzat f'ambjenti tal-alid |
| Titanju (Grad 2 kummerċjalment pur) | TiO₂ estremament stabbli, film passiv aderenti | Baxxa ħafna | Eċċellenti — reżistenza eċċellenti għall-kloruri u l-attakk ta' xquq fil-biċċa l-kbira tal-midja milwiema | LE — ma tifformax sadid tal-ħadid; juri reżistenza għall-korrużjoni ġenerali eċċezzjonali għalkemm kimiċi speċifiċi (E.g., fluworidi) jistgħu jattakkaw it-titanju |
11. Konklużjoni
In-nikil "rarament jissadid" minħabba li jgħaqqad nobbli elettrokimiku intrinsiku mal-kapaċità li jifforma dens., film ta 'ossidu/idrossidu passiv aderenti li jillimita lilu nnifsu u jfejjaq lilu nnifsu.
Ligi u trattamenti tal-wiċċ ikomplu jwessgħu t-tieqa tas-servizz sigur. Madankollu, il-passività tan-nikil iddefiniet limiti - kloruri, ċerti aċidi, temperaturi għoljin u disinn fqir jistgħu jegħlbu r-reżistenza għall-korrużjoni.
Fehim tat-termodinamika (oqsma tal-istabbiltà), kinetika (formazzjoni u trasport tal-film), metallurġija (mikrostruttura u liga) u l-ambjent (kimika, temperatura, mekkaniċi) hija essenzjali biex titbassar il-prestazzjoni u biex tiddisinja robusta, komponenti ta' ħajja twila.
FAQs
In-nikil huwa kompletament immuni għall-korrużjoni?
LE. In-nikil huwa reżistenti għal ħafna ambjenti minħabba passivazzjoni, iżda kimiċi aggressivi (aċidi kumplessi qawwija, kloruri sħan, ċerti atmosferi tas-sulfid) jista' jissaddad in-nikil jew il-ligi tiegħu. L-għażla xierqa tal-liga hija essenzjali.
Kif jipproteġi l-kisi tan-nikil l-azzar?
Il-kisi tan-nikil jaġixxi primarjament bħala a barriera kontra aġenti korrużivi u, skond is-sistema, bħala nobbli (katodiku) wiċċ.
In-nikil huwa aktar nobbli mill-ħadid; mhux se jipproteġi b'sagrifiċċju l-azzar - jekk il-kisja tinkiser, l-azzar jista jissaddad preferenzjali fis-sit espost.
X'inhi d-differenza bejn ir-reżistenza għall-korrużjoni tan-nikil u l-istainless steel?
Azzar li ma jsaddadx jiddependu ħafna fuq il-kontenut tal-kromju biex jiffurmaw films passivi Cr₂O₃; nikil u ligi tan-nikil jiddependu fuq NiO/Ni(OH)₂ films u spiss jinkludu Cr, Mo jew Cu biex itejbu l-protezzjoni.
Id-disinn tal-liga jiddetermina liema materjal jaħdem l-aħjar f'ambjent partikolari.
Nista 'nuża n-nikil fl-ilma baħar?
Xi ligi tan-nikil (E.g., Monel, ċerti liegi Ni–Cu) jaħdem tajjeb fl-ilma baħar. Oħrajn huma inqas adattati.
L-ambjenti tal-ilma baħar huma kumplessi (kloruri, ossiġnu, bijoloġija); agħżel ligi b'rendiment murija fl-ilma baħar.
It-temperatura taffettwa l-passivazzjoni tan-nikil?
IVA. Temperatura elevata tista 'taċċellera proċessi ta' korrużjoni, jibdlu s-solubbiltajiet tal-ossidu, u f'xi każijiet jiddestabilizzaw films passivi. Ikkonsulta d-dejta tal-liga għal-limiti tas-servizz f'temperatura għolja.
Is-sadid tan-nikil?
Le - mhux bil-mod kif jagħmel il-ħadid. In-nikil ma jifformax "sadid" (l-ossidu tal-ħadid flaky tipiku tal-azzar). Minflok, nikil malajr tiżviluppa rqiqa, dens, film ta 'ossidu/idrossidu aderenti (komunement NiO / Fi(OH)₂ u ossidi mħallta) li passivates il-wiċċ u bil-mod ħafna aktar korrużjoni.
Hekk qal, Nickel jista jissaddad taħt ċerti kundizzjonijiet aggressivi (midja b'ħafna klorur, aċidi li jnaqqsu b'saħħithom, temperaturi għoljin, eċċ.).
