Onko nikkeliseokset ruosteessa

Sovelluksissa, kuten silmälasikehyksissä, kemiallisissa laitteissa ja merenkulussa, nikkeliseoksista on tullut suosittu vaihtoehto perinteisille materiaaleille johtuen niiden yhdistelmästä metallista kiiltoa ja korroosionkestävyyttä. Kiista kuitenkin jatkuu siitä, ruostuttavatko nikkeliseokset: jotkut uskovat olevansa "ruoste - todiste", kun taas toiset kyseenalaistavat suorituskyvynsä laitteiden korroosioongelmien vuoksi.

Nikkeliseoksen passivointielokuvan luonnollinen suoja

Nikkeli -seosten korroosionkestävyys johtuu niiden pinnalle muodostetusta tiheästä passiivisesta kalvosta. Kun nikkeli altistuu ilmalle tai vedelle, ohutkalvo, jossa on nikkelioksidia (NIO) tai nikkelihydroksidia (Ni (OH) ₂), vain 2-5 nanometriä paksuu nopeasti pinnalle. Tämä elokuva esittelee seuraavat ominaisuudet:

Kemiallinen stabiilisuus: PH -alueella 4 - 10 passiivinen kalvo pysyy vakaana pitkään aikaan estäen syövyttävien väliaineiden, kuten kloridi -ionien ja sulfidien tunkeutumisen. Esimerkiksi normaalissa merivedessä (pH ≈ 8,2) nikkeliseosten passiivinen kalvo voi pysyä ennallaan vuosien ajan. Itse - Parannuskyky: Jos nikkelikalvon paikallinen kerros on mekaanisesti naarmuuntunut, paljaat nikkeli-substraatti uudistaa passiivisen elokuvan happea -, joka sisältää ympäristöä ja saavuttaa "omakorjauksen". Kokeet ovat osoittaneet, että 0,5 mol/L NaCl -liuoksessa naarmuuntuneen alueen passiivinen kalvo voidaan palauttaa kokonaan 24 tunnin sisällä.

Sähkökemiallinen inertti: Passiivisen kalvon elektrodipotentiaali on 0,2-0,3 V korkeampi kuin nikkeli-substraatin, suojaamalla substraattia korroosiolta galvaanisen solun muodostumisen aikana. Tämä ominaisuus tekee nikkeliseoksista ihanteellisen anodimateriaalin elektrolyyttiselle teollisuudelle.

 

Nikkeliseosten neljä suurta korroosioskenaariota

Huolimatta erinomaisesta korroosionkestävyydestään, nikkeliseokset voivat silti syövyttää tietyissä olosuhteissa. Kyseiset mekanismit voidaan luokitella seuraaviin neljään tyyppiin:

Happojen hapettava korroosio

Nickel is stable in non-oxidizing acids (such as hydrochloric acid and dilute sulfuric acid). However, in concentrated nitric acid (>65%) tai rikkihapon polttaen passiivinen kalvo tuhoutuu, mikä paljastaa substraatin syövyttävälle väliaineelle. Esimerkiksi:

In nitric acid environments: When the concentration is >65%nikkelin korroosioaste kasvaa dramaattisesti 0,001 mm/vuodessa 0,1 mm/vuodessa. Kolmen kuukauden toiminnan jälkeen 80 -prosenttisessa typpihapossa nikkeli -seoksen lämmönvaihdin kemiallisessa kasvessa kokenut putken seinämän paksuuden vähenemisen 30%, pakottaen kasvin sulkemaan huoltoa varten.

In sulfuric acid environments: When the concentration is >80%, nikkelin 200 seoksen korroosioaste voi saavuttaa 0,02 mm/vuosi. Tämän ongelman ratkaisemiseksi insinöörit kehittivät kuparia -, joka sisälsi nikkeliä - pohjaisia ​​seoksia (kuten Monel 400), jotka parantavat rikkihappohapon korroosionkestävyyttä yli viisi kertaa.

Korkea - lämpötilakloridikorroosio

In environments such as seawater desalination and offshore platforms, the synergistic effect of high temperatures (>60°C) and high salt concentrations (Cl⁻ concentrations >3%) voi aiheuttaa korroosiota. Esimerkiksi:

Korroosion pistorasiomekanismi: Cl⁻: n tunkeutumisen jälkeen passiiviseen kalvoon se muodostaa paikallisia mikro-soluja, mikä johtaa korroosion pinta-arvoon (jopa 10% -20% substraatin paksuudesta). Kahden vuoden toiminnan jälkeen 50 asteessa 3,5% NaCl -liuoksessa, nikkeli -seosputkisto offshore -alustalla kehitti korroosion, joka saavutti 0,5 mm: n syvyyden, mikä vaatii putkilinjan korvaamista.

Ennaltaehkäisyn vaikeus: Korroosion pinta -ala on vaikea havaita sen varhaisessa vaiheessa, mutta korroosionopeus kasvaa eksponentiaalisesti. Siksi nikkeliä - perustuvia seoksia, jotka sisältävät molybdeeniä (MO), kuten Hastelloy C-276, käytetään usein offshore-tekniikassa, koska niiden pikkuresistenssi on kolme kertaa tavallisten nikkeliseoksien vastustuskyky.

Stressikorroosion halkeaminen

Vetojännitysten (kuten hitsausjäännösjännityksen ja mekaanisten kuormitusten) ja syövyttävien väliaineiden (kuten märän H₂s ja NaOH) yhdistettyjen vaikutusten mukaisesti nikkeliseokset voivat kokea hauran murtuman. Esimerkiksi:

H₂S -ympäristöt: H₂s -, joka sisältää öljy- ja kaasukenttiä, kriittinen stressin voimakkuuskerroin (KISCC) nikkelin - pohjaisten seoksien stressikorroosiolle voi olla niinkin alhainen kuin 10 MPa · Munnan/², vain 1/10 stressin puuttuessa. Öljykentässä käytetty nikkeli -seosventtiili kehittyi stressikorroosiohalkeiluun yhden vuoden toiminnan jälkeen, mikä johtaa öljy- ja kaasuvuotoon.

Suojaavat mittaukset: Poista jäännösjännitys lämpökäsittelyn avulla tai käytä molybdeeniä (MO) -, joka sisältää nikkeliä - -pohjaisia ​​seoksia (kuten Hastelloy C-276) stressin korroosionkestävyyden parantamiseksi. Kokeelliset tulokset osoittavat, että viimeksi mainitussa elinikä on viisi kertaa tavallisten nikkeliseosten elinikä märissä H₂s -ympäristöissä.

Pinnoitushäiriö

Kustannusten vähentämiseksi jotkut tuotteet hyödyntävät hiiliteräksen nikkelipinnoitusta. Jos pinnoitus sisältää huokoset (huokoisuus> 1 solu/cm²) tai se on riittävän paksu (<0.05μm), corrosive media can penetrate the plating and cause corrosion of the substrate. For example:

"Musta tyynyn" vika: Kun nikkelipinnoittava korroosiosyvyys ylittää 1μm, juotosliitoksen kosketusvastus vaihtelee ja pistoke - elinaikana vähenee yli 50%.

Ratkaisu: Käytä multi - kerroksen nikkelipinnoitusprosessia (kuten kuparikohta + semi - kirkas nikkeli + korkea - rikki nikkeli + kirkas nikkeli) tai siirry nikkeli -seosalustan suorakäsittelyyn. Kokeelliset tulokset osoittavat, että multi - kerroksen nikkelipinnoitus voi vähentää huokoisuutta alle 0,1 solua/cm² ja parantaa korroosionkestävyyttä 10 kertaa.

 

Nikkeliseoksen ruosteen ehkäisystrategiat

Nikkeliseosten korroosioriskien ratkaisemiseksi seuraavia strategioita voidaan käyttää täyden elinkaaren suojaamiseen:

Materiaalin valinta: Yhdistä seostyyppi ympäristöön

Vahvoissa happo- (konsentroituneiden rikkihappojen) ympäristöissä: käytä Hastelloy C-276: ta (joka sisältää 16% kuukautta), joka tarjoaa yli viisi kertaa nikkelin 200 korroosionkestävyyden. 98%: n rikkihappoa C-276: n korroosionopeus on vain 0,025 mm/vuosi.

Meriveden/korkean suolakäyttöympäristöjen kohdalla: Käytä Monel 400 (Ni - 30cu), joka tarjoaa erinomaisen korroosionkestävyyden puhtaalle nikkelille. 3,5 -prosenttisessa NaCl -liuoksessa Monel 400: n pistelypotentiaali on 0,3 V korkeampi kuin nikkeli 200, mikä johtaa korroosionkestävyyden kolminkertaiseen paranemiseen. Korkean lämpötilan, erittäin emäksisen ympäristön kannalta: Nickel 200 (puhdas nikkeli) on suositeltavaa. Sen korroosionopeus 40% NaOH: ssa on alle 0,001 mm vuodessa, 1/500. hiiliterästä.

Pintakäsittely

Kemiallinen passivointi: Käsittely typpihapolla tai kromihappoliuoksella lisää passivaalikalvon paksuuden 10-20 nanometriin. Kokeet ovat osoittaneet, että kemiallisesti passiivisten nikkeliseosten korroosiovirran tiheys 0,5 mol/l NaCl -liuoksessa vähenee 80%.

Sähkösuojaus: Rueniumin (RU) tai Iridium (IR) pinnoitus nikkeliseosten pinnalla parantaa korroosionkestävyyttä 3-5 kertaa. Rutheniumpinnoitus on pidentänyt kemiallisten laitteiden käyttöä väkevöityyn typpihapossa 2 vuodesta 10 vuoteen.

Pinnoitussuojaus: Polytetrafluorietyleeni (PTFE) -pinnoittoa käytetään pinnan eristämiseen syövyttävistä väliaineista. PTFE -pinnoite voi vähentää meriveden nikkeliseosten korroosioasteen arvoon 0,0001 mm/vuosi, melkein eliminoi korroosio.

Ympäristöhallinta

Lämpötilanhallinta: Pidä laitteiden toimintalämpötilat alapuolella syövyttävän väliaineen kriittisen lämpötilan (esim. 60 astetta meriveden suolanpoistossa). Kokeet osoittavat, että jokaisesta 10 asteen lämpötilan noususta nikkeliseosten korroosionopeus kasvaa 2-3 kertaa.

Kosteuden hallinta: Pidä varastointi kosteus alle 60% ja lämpötila alle 30 astetta tiivistymisen estämiseksi. Elektroniikan valmistaja pidensi nikkelin - pinnoitettujen liittimien suolakokeen käyttöikää 200 tunnista 1000 tuntiin hallitsemalla varaston lämpötilaa ja kosteutta.

Mediapuhdistus: Poista syövyttävät epäpuhtaudet (kuten H₂s ja Cl⁻) korroosioriskin vähentämiseksi. Öljy- ja kaasukentällä H₂S -konsentraation vähentäminen 1000 ppm: stä 10 ppm: iin rikkoutumisen kautta voi pidentää nikkeli -seosventtiilien käyttöikää vuodesta 10 vuoteen.

 

Nikkeliseosten korroosionkestävyys ei ole ehdoton; Sen suorituskyky riippuu materiaalikoostumuksen, ympäristöolosuhteiden ja suojelustrategioiden synergistisestä vaikutuksesta. Korkeille - loppusovelluksille (kuten ilmailu- ja ydinvoima), korkea - puhtaus nikkeli -seokset (kuten nikkeli 200) yhdistettynä multi - kerrossuojaukseen ovat välttämättömiä. Kustannusten - herkät sovellukset (kuten silmälasikehykset ja koristeelliset osat) optimoidut pinnoitusprosessit (kuten medium - fosforielektrolitio nikkelipinnoitus) voivat saavuttaa tasapainotetut kustannukset - suorituskykysuhde. Tulevaisuudessa kehitettäessä tekniikoita, kuten nano - pinnoite ja älykäs seuranta, nikkeliseosten ruostevastus parannetaan edelleen, mikä tarjoaa luotettavamman suojan teollisuuslaitteiden pitkälle - termivakaalle toiminnalle.