Nikel Neden Nadiren Paslanır??

1. giriiş

Nikel "nadiren paslanır" çünkü ince bir tabaka oluşturma eğilimindedir, yapışkan, ve birçok hizmet koşulunda koruyucu olan, yavaş büyüyen oksit/hidroksit yüzey tabakası.

Bu pasif film – tipik olarak nanometre ölçeğinde bir NiO / İçinde(AH)₂ tipi katman — doğrudan metal-su temasını bloke ederek ve iyonik taşınmayı yavaşlatarak daha fazla metal çözünmesini önemli ölçüde azaltır.

Alaşımlama, nikel oksit oluşumu için çok kararlı termodinamik, ve nispeten yavaş oksidasyon kinetiği bir araya gelerek nikeli ve nikel açısından zengin birçok alaşımı çok çeşitli atmosferlerde ve sulu ortamlarda korozyona karşı oldukça dirençli hale getirir..

Bu dedi ki, nikel bağışık değildir: bazı agresif ortamlarda ve yüksek sıcaklıklarda paslanabilir, ve istisnai ortamların meydana geldiği yerlerde özel alaşımlar veya kaplamalar seçilir.

2. "pas" ne anlama geliyor

"Pas" genellikle pul pul olanlar için kullanılan yaygın bir kelimedir., gözenekli demir oksitler (demir oksihidroksitler) demir veya karbon çeliğinin su ve oksijen varlığında korozyona uğraması sonucu oluşur.

Pas tipik olarak şunu belirtir: koruyucu olmayan, altta yatan metalin sürekli hızlı atağına izin veren hacimli korozyon ürünleri.

Mühendisler “Nikel paslanır mı?” diye sorduğunda?" genellikle şunu kastediyorlar: nikel aynı şekilde ilerleyici bir değişime uğrar mı, Demirin kendi kendine hızlanan korozyonu?

Kısa teknik cevap: hayır - nikel aynı pul pulu oluşturmaz, demirin oluşturduğu koruyucu olmayan pas, çünkü nikel daha fazla saldırıyı sınırlayan kompakt bir pasif oksit oluşturur. Ancak nikel, bu koruyucu tabakayı yok eden veya çözen koşullar altında paslanabilir..

3. Nikelin korozyona direnmesinin atomik ve elektronik nedenleri

Atom seviyesinde, korozyon direnci şunlara bağlıdır: Atomların oksijene ne kadar güçlü bağlandığı ve bu oksitlerin ne kadar kararlı olduğu termodinamik ve yapısal olarak.

• Elektronik yapı ve bağlanma. Nikel, kısmen doldurulmuş 3 boyutlu yörüngelere sahip bir geçiş metalidir. Bu 3 boyutlu elektronlar, nikel oksitler ve hidroksitler oluşturmak için oksijene bağlanmaya katılırlar..
  Ni → NiO'nun termodinamiği (ve ilgili oksitler/hidroksitler) nispeten stabil olan ve nötr suda yüksek oranda çözünmeyen bir oksit verir.
• Oksit uyumu ve kompaktlık. NiO'nun kristal yapısı ve tipik oksit/hidroksit katmanları kompakt ve yapışkandır, nispeten düşük gözenekliliğe sahip.
  Bu, birçok demir korozyon ürünüyle çelişmektedir (örneğin, FeO·OH) gözenekli olan ve elektrolit nüfuzuna izin veren.
• Düşük iyon hareketliliği. Koruyucu bir oksidin etkili olabilmesi için, iyonların taşınması (ya metal katyonları dışarı doğru ya da oksijen/su içeri doğru) film boyunca yavaş olmalı.
  Nikel oksitler, ortam sıcaklıklarında büyümeyi kendi kendini sınırlayan ve koruyucu olan yeterince düşük iyonik iletkenliğe sahiptir..

Kısaca söylemek gerekirse: nikelin kimyası bir oluşumu destekler ince, yapışkan, düşük çözünürlüklü oksit hacimli olmaktan ziyade, gözenekli korozyon ürünleri.

4. Pasivasyon: koruyucu filmin kimyası ve yapısı

Nikelin ortak ortamlarda "nadiren paslanmasının" başlıca nedeni pasifleşmedir; yani çok ince bir katının kendiliğinden oluşması. (nanometre–micrometre), yoğun, ve metal yüzeyinde daha fazla reaksiyonu önemli ölçüde azaltan yapışkan oksit/hidroksit tabakası.

Nikel pasivasyonuyla ilgili önemli noktalar:

• Kompozisyon. Pasif film tipik olarak nikelden oluşur(II) oksit/hidroksit türleri (Nio ve N.(AH)₂) ve pH ve redoks potansiyeline bağlı olarak karışık değerlik oksitler veya hidroksitler içerebilir.
• Kendi kendini iyileştirme. Film mekanik olarak hasar görmüşse veya yerel olarak çıkarılmışsa, oksijen veya oksitleyici türlerin varlığında hızlı reformasyon meydana gelir, korumanın yeniden kurulması.
• Yapışma ve yoğunluk. Çirkin olandan farklı olarak, koruyucu olmayan demir oksitler (Fe₂O₃/FeOOH) çeliğin üzerinde büyüyüp dökülen, nikelin oksit tabakası kompakttır ve alt tabakaya sıkı bir şekilde bağlanmıştır, bu da onu daha fazla oksijen ve iyon girişine karşı etkili bir difüzyon bariyeri yapar.
• Termodinamik kararlılık. Termodinamik kararlılık alanları (Pourbaix diyagramlarında temsil edildiği gibi) geniş bir pH ve potansiyel aralığında nikelin, Ni²⁺ olarak çözünmek yerine pasif bir oksidi desteklediğini gösterir.
  Bu pencere nikelin neden birçok sulu ortamda korozyona karşı direnç gösterdiğini açıklıyor.

5. Oksidasyonu yavaşlatan kinetik ve fiziksel özellikler

Termodinamik uygunluğun ötesinde, Kinetik faktörler korozyonu sınırlar:

• Hızlı bir ince oluşumu, koruyucu film. İlk oksit hızla oluşur, daha sonra büyüme kendi kendini sınırlayıcı hale gelir çünkü iyonik türlerin oksit yoluyla difüzyonu yavaştır.
• Düşük kusur yoğunluğu. Yoğun bir oksit filmi, oksijen ve metal iyonları için daha az difüzyon yolu sunar; Daha yavaş iyon taşınması korozyon akımını azaltır.
• Yüzey kaplama ve metalurji. Düz, işlenerek sertleştirilmiş veya kaplanmış nikel yüzeyler, pürüzlü yüzeylere kıyasla lokal saldırı için daha az başlatma alanına sahiptir, gözenekli yüzeyler.
  Mekanik parlatma, akımsız veya elektrolitik kaplama, yüzey kusurlarını azaltarak korozyon direncini artırabilir.

6. Alaşımın rolü, kaplamalar ve mikro yapı

Saf nikel zaten pasifleşiyor, ancak mühendislik uygulamalarında nikel yaygın olarak bir alaşım elementi veya yüzey kaplaması olarak kullanılır.; bu kullanımlar korozyon direncini daha da artırır.

• Nikel alaşımları. Monel gibi malzemeler, Inconel ve Hastelloy (nikel bazlı alaşımlar) nikeli kromla birleştirmek, molibden, bakır ve diğer elementler.
  Krom ve molibden pasif filmin stabilitesini ve tamir edilebilirliğini arttırır ve çukurlaşmaya karşı daha iyi direnç sağlar, çatlak korozyonu ve asitlerin azaltılması.
• Akımsız ve elektrolizle kaplanmış nikel. Bu kaplamalar sürekli bir, Alt tabakayı çevreden izole eden ve genellikle iyi yapışma ve eşit kalınlıkta olan yoğun bariyer.
• Mikroyapı. Tane büyüklüğü, çökeltiler ve ikinci faz parçacıkları yerel elektrokimyayı etkiler.
  Zararlı ikinci aşamalar içermeyen homojen katı çözeltiler, aksi takdirde lokal korozyona neden olabilecek mikro galvanik hücreleri azaltır.

7. Çevresel sınırlar — nikelin paslandığı yerler

Nickel'in pasifliğinin sınırları var. Pasif filmi tehlikeye atan koşulları anlamak, nikelin ne zaman paslanacağını açıklıyor:

• Klorür saldırısı ve çukurlaşma. Yüksek klorür konsantrasyonları (örneğin, deniz suyu veya yüksek tuzlu tuzlu su) Pasif filmleri dengesizleştirebilir ve özellikle yüksek sıcaklıklarda lokal çukurlaşma veya çatlak korozyonuna neden olabilir.
  Bazı nikel alaşımları, krom ve molibden nedeniyle çukurlaşmaya saf nikelden çok daha iyi direnç gösterir.
• Güçlü indirgeyici asitler. Belirli indirgeyici asit ortamları (örneğin, hidroklorik asit, belirli konsantrasyonlarda ve sıcaklıklarda sülfürik asit) nikelin aktif çözünmesini teşvik edebilir.
• Yüksek sıcaklık ve oksitleyici koşullar. Yüksek sıcaklıklar oksit özelliklerini değiştirir ve filmler boyunca difüzyonu hızlandırabilir, bazı oksitleyici atmosferlerde veya erimiş tuzlarda daha yüksek korozyon oranlarına olanak sağlar.
• Alkali klorür ortamları ve mikrobiyolojik olarak etkilenen korozyon. Birleşik kimyasal ve biyolojik faktörler, pasif filme saldıran mikro ortamlar yaratabilir.
• Çok asil malzemelere veya özel tasarım geometrilerine galvanik bağlantı kısıtlı koşullar altında yerel anodik/katodik alanlar oluşturabilir.

8. Arıza modları ve azaltma stratejileri

Nikel ve nikel alaşımları için yaygın arıza modları arasında çukurlaşma yer alır, çatlak korozyonu, Taneler arası saldırı ve stres destekli korozyon. Azaltma stratejileri pratiktir ve tasarım ve bakımda kullanılır:

• Malzeme seçimi. Uygun bir nikel alaşımı seçin (örneğin, oksitleyici ortamlar için nikel-krom, klorür toleransı için nikel-molibden) hizmet koşullarına uygun.
• Yüzey işlemleri. Elektroless nikel, nikel kaplama, Pasivasyon işlemleri ve cilalama, başlatma bölgelerini azaltır ve film homojenliğini artırır.
• Tasarım ayrıntıları. Yarıklardan kaçının, sıkı eklemler, ve durgunluk bölgeleri; Drenaj ve inceleme için erişim sağlayın.
• Katodik koruma ve kurban anotlar. Nikelin çoklu metal düzeneğinin parçası olduğu bazı sistemlerde, Etkilenmiş akım veya kurban anotlar daha aktif metalleri korur.
  Not: Nikel daha asil olduğunda, kurban anotların kendisinden faydalanamayacaktır..
• Çevresel kontrol ve inhibitörler. Klorür seviyelerinin kontrol edilmesi, oksijen içeriği, ve korozyon önleyicilerin kullanılması pasifliği koruyabilir.
• Düzenli denetim. Yerelleştirilmiş saldırının erken belirtilerini izleyin ve yayılmadan önce düzeltin.

9. Nikelin korozyon davranışından yararlanan endüstriyel kullanımlar

Çünkü nikel koruyucu filmler oluşturur ve sağlam alaşımlar üretir, yaygın olarak kullanılır:

• Nikel kaplama ve elektrokaplama: Nikel yatakları cazip hale geliyor, çelik ve diğer yüzeylerde korozyona dayanıklı yüzeyler (dekoratif ve fonksiyonel yüzeylerde kullanılır).
• Nikel bazlı alaşımlar (İnkonel, Hastelloy, Monel): kimya tesislerinde kullanılır, gaz türbinleri, Korozyona dayanıklılık ve yüksek sıcaklık performansının gerekli olduğu ısı eşanjörleri ve deniz ortamları.
• Madeni para, paslanmaz bağlantı elemanları ve elektronik: dayanıklılık ve korozyon direnci için nikel ve nikel alaşımları kullanılır.
• Piller ve elektrokimya: nikel hidroksit ve nikel oksitler aktif akü elektrot malzemeleridir (Ni-MH, Ni-Cd, ni bazlı katotlar).
• Kataliz ve özel kimyasal işleme: nikel yüzeyler ve alaşımlar yaygın katalizörler ve katalizör destekleridir.

Tasarımcılar aşağıdaki uygulamalar için nikel veya nikel açısından zengin alaşımları seçerler: pasif davranış, istikrar, ve öngörülebilir korozyon oranları öncelikler.

10. Benzer malzemelerle karşılaştırma

11. Çözüm

Nikel "nadiren paslanır" çünkü içsel elektrokimyasal asaleti yoğun bir tabaka oluşturma yeteneğiyle birleştirir., Kendi kendini sınırlayan ve kendi kendini onaran yapışkan pasif oksit/hidroksit filmi.

Alaşımlama ve yüzey işlemleri güvenli servis penceresini daha da genişletir. Fakat, Nikel'in pasifliğinin belirli sınırları vardır - klorürler, bazı asitler, yüksek sıcaklıklar ve kötü tasarım korozyon direncinin üstesinden gelebilir.

Termodinamiği anlamak (kararlılık alanları), kinetik (film oluşumu ve taşınması), metalurji (mikroyapı ve alaşımlama) ve çevre (kimya, sıcaklık, mekanik) performansı tahmin etmek ve sağlam tasarım yapmak önemlidir, uzun ömürlü bileşenler.

 

SSS

Nikel korozyona karşı tamamen dayanıklı mıdır??

HAYIR. Pasivasyon nedeniyle nikel birçok ortama dayanıklıdır, ama agresif kimyalar (güçlü kompleksleştirici asitler, sıcak klorürler, belirli sülfit atmosferleri) nikel veya alaşımlarını aşındırabilir. Doğru alaşım seçimi önemlidir.

Nikel kaplama çeliği nasıl korur??

Nikel kaplama öncelikle bir bariyer aşındırıcı maddelere karşı ve, sisteme bağlı olarak, bir asil olarak (katodik) yüzey.

Nikel demirden daha asildir; eğer kaplama bozulursa çeliği fedakarca korumaz, çelik tercihen açıkta kalan bölgede korozyona uğrayabilir.

Nikel ve paslanmaz çeliğin korozyon direnci arasındaki fark nedir??

Paslanmaz çelikler, Cr₂O₃ pasif filmler oluşturmak için büyük ölçüde krom içeriğine dayanır; nikel ve nikel alaşımları NiO/Ni'ye dayanır(AH)₂ filmler ve sıklıkla Cr içerir, Korumayı artırmak için Mo veya Cu.

Alaşım tasarımı, belirli bir ortamda hangi malzemenin en iyi performansı gösterdiğini belirler.

Deniz suyunda nikel kullanabilir miyim?

Bazı nikel alaşımları (örneğin, Monel, belirli Ni-Cu alaşımları) deniz suyunda iyi performans gösterir. Diğerleri daha az uygundur.

Deniz suyu ortamları karmaşıktır (klorürler, oksijen, biyoloji); kanıtlanmış deniz suyu performansına sahip seçkin alaşımlar.

Sıcaklık nikel pasivasyonunu etkiler mi??

Evet. Yüksek sıcaklık korozyon süreçlerini hızlandırabilir, oksit çözünürlüklerini değiştir, ve bazı durumlarda pasif filmleri istikrarsızlaştırır. Yüksek sıcaklıkta servis limitleri için alaşım verilerine bakın.

Nikel paslanır mı?

Hayır, demirin yaptığı gibi değil. Nikel “pas” oluşturmaz (çeliğe özgü pul pul demir oksit). Yerine, nikel hızla ince bir tabaka geliştirir, yoğun, yapışkan oksit/hidroksit filmi (genellikle NiO / İçinde(AH)₂ ve karışık oksitler) yüzeyi pasifleştirir ve daha fazla korozyonu büyük ölçüde yavaşlatır.

Bu dedi ki, nikel olabilmek belirli agresif koşullar altında paslanır (klorür açısından zengin ortam, güçlü indirgeyici asitler, yüksek sıcaklıklar, vesaire.).