Bude nikel zliatiny hrdzať

V aplikáciách, ako sú okuliare, chemické vybavenie a morské inžinierstvo, sa zliatiny niklu stali populárnou alternatívou k tradičným materiálom v dôsledku ich kombinácie kovového leskovania a odolnosti proti korózii. Kontroverzia však pretrváva, pokiaľ ide o to, či zliatiny niklu budú hrdzaviť: niektorí veria, že sú „Rust - dôkazom, zatiaľ čo iní spochybňujú svoj výkon z dôvodu problémov s koróziou zariadenia.

Prírodná ochrana filmu Pasivation v zliatine niklu

Odolnosť proti korózii niklu pramení z hustého pasívneho filmu vytvoreného na ich povrchu. Keď je nikel vystavený vzduchu alebo vode, tenký film oxidu niklu (NIO) alebo hydroxidu niklu (Ni (OH) ₂) sa na povrchu rýchlo vytvára iba 2-5 nanometrov. Tento film vystavuje nasledujúce vlastnosti:

Chemická stabilita: V rozsahu pH 4 - 10 zostáva pasívny film stabilný po dlhú dobu, čo bráni prieniku korozívnych médií, ako sú chloridové ióny a sulfidy. Napríklad v normálnej morskej vode (pH ≈ 8,2) môže pasívny film zliatin niklu zostať po celé roky nedotknutý. Self - Liečebná schopnosť: Ak je lokalizovaná vrstva niklového filmu mechanicky poškriabaná, exponovaný nikelový substrát regeneruje pasívny film v kyslíku - a dosiahne „self-repair“. Pokusy ukázali, že v roztoku 0,5 mol/l NaCl sa pasívny film v poškriabanej oblasti môže úplne obnoviť do 24 hodín.

Elektrochemická inertnosť: Elektródový potenciál pasívneho filmu je o 0,2-0,3 V vyšší ako v prípade substrátu niklu, čo prednostne chráni substrát pred koróziou počas tvorby galvanickej bunky. Táto vlastnosť robí zliatiny niklu ideálnym anódovým materiálom pre elektrolytický priemysel.

 

Štyri hlavné scenáre korózie zliatin niklu

Napriek svojej vynikajúcej odolnosti proti korózii môžu zliatiny niklu stále korodovať za určitých podmienok. Zúčastnené mechanizmy možno rozdeliť do týchto štyroch typov:

Oxidačná korózia kyseliny

Nickel is stable in non-oxidizing acids (such as hydrochloric acid and dilute sulfuric acid). However, in concentrated nitric acid (>65%) alebo kyselina kyselina sírová, pasívny film je zničený, čím sa substrát vystavuje korozívnemu médiu. Napríklad:

In nitric acid environments: When the concentration is >65%, miera korózie niklu sa dramaticky zvyšuje z 0,001 mm/rok na 0,1 mm/rok. Po troch mesiacoch prevádzky v 80% kyseline dusičnej sa výmenník tepla z zliatiny niklu v chemickej elektrárni zaznamenal 30% zníženie hrúbky steny trubice, čo nútilo rastlinu, aby sa udržala na údržbu.

In sulfuric acid environments: When the concentration is >80%, miera korózie zliatiny niklu 200 môže dosiahnuť 0,02 mm/rok. Na vyriešenie tohto problému inžinieri vyvinuli meď - obsahujúce zliatiny založené na nikel- (napríklad Monel 400), ktoré zlepšujú rezistenciu korózie kyseliny sírovej o viac ako päťkrát.

Vysoká - Korózia chloridu teploty

In environments such as seawater desalination and offshore platforms, the synergistic effect of high temperatures (>60°C) and high salt concentrations (Cl⁻ concentrations >3%) môže spôsobiť koróziu jamiek. Napríklad:

Mechanizmus korózie jamiek: Po Cl⁻ prenikne do pasívneho filmu, tvorí lokalizované mikrokocelky, čo vedie k korózii jamiek (až 10%-20% hrúbky substrátu). Po dvoch rokoch prevádzky v 50 -stupňovom roztoku 3,5% NaCl sa potrubie zliatiny niklu na pobrežnej platforme vyvinuli korózia jamiek, ktorá dosiahla hĺbku 0,5 mm, čo si vyžaduje výmenu potrubia.

Obtiažnosť v prevencii: V jej počiatočných štádiách je ťažké zistiť koróziu, ale akonáhle sa stanoví, miera korózie sa exponenciálne zvyšuje. Preto sa nikel - zliatiny obsahujúce molybdén (MO), ako je napríklad Hastelloy C-276, často používajú v pobrežnom inžinierstve, pretože ich rezistencia na jamky je trikrát viac ako v prípade bežných zliatin niklu.

Praskanie korózie stresu

Pri kombinovaných účinkoch ťahového napätia (ako je zvyškové napätie zvárania a mechanické zaťaženie) a korozívne médiá (napríklad mokré H₂s a NaOH), zliatiny niklu môžu zažiť krehké zlomeniny. Napríklad:

H₂s prostredia: V H₂S - obsahujúce ropné a plynové polia, faktor kritickej intenzity napätia (KISCC) na koróziu stresu Nickel - môže byť zliatiny na základe až 10 MPa · m¹/², iba 1/10 z neexistencie stresu. Ventil zliatiny niklu používaný v ropnom poli vyvinul po jednom roku prevádzky koróziu korózie napätia, čo malo za následok únik ropy a plynu.

Ochranné opatrenia: Eliminujte zvyškové napätie tepelným spracovaním alebo použite molybdén (mo) - obsahujúce zliatiny Nickel - (napríklad Hastelloy C-276) na zvýšenie rezistencie na koróziu stresu. Experimentálne výsledky ukazujú, že posledne menované majú životnosť viac ako päťnásobok bežných zliatin niklu v mokrých prostrediach H₂S.

Zlyhanie

Na zníženie nákladov niektoré výrobky využívajú niklové pokovovanie na uhlíkovej oceli. Ak pokovovanie obsahuje póry (pórovitosť> 1 bunka/cm²) alebo je nedostatočne hrubá (<0.05μm), corrosive media can penetrate the plating and cause corrosion of the substrate. For example:

Defekt "Black Pad": Keď hĺbka korózie niklu presahuje 1 μm, kolísanie kontaktného odporu spájkovača kolíše a plug - v živote klesne o viac ako 50%.

Riešenie: Použite multi - proces nickel nickel Plating (ako napríklad medená základňa + semi - jasný nikel + vysoký - sulfur nikel + jasný nikel) alebo prepnite na priame spracovanie substrátu alloy alloy. Experimentálne výsledky ukazujú, že multi - pokovovanie niklu môže znížiť pórovitosť pod 0,1 buniek/cm² a zlepšiť odolnosť proti korózii o 10 krát.

 

Stratégie prevencie hrdze niklu

Na riešenie rizika korózie zliatin niklu je možné použiť nasledujúce stratégie na dosiahnutie úplnej ochrany životného cyklu:

Výber materiálu: Priraďte typ zliatiny k životnému prostrediu

V prípade silných kyselín (koncentrovanej kyseliny sírovej): Používajte Hastelloy C-276 (obsahujúcu 16% mesiacov), ktorá ponúka viac ako päťnásobok korózie rezistencie Nickel 200. V 98% kyseline sírovej je rýchlosť korózie C-276 iba 0,0005 mm/rok, zatiaľ čo miera korózie v prípade 20025 mm/rok je 0,025 mm/rok.

Pre prostredia morskej vody/vysokej soli: Používajte Monel 400 (Ni - 30CU), ktorý ponúka vynikajúcu odolnosť proti korózii voči čistému niklu. V 3,5% roztoku NaCl je potenciál jamky Monel 400 o 0,3 V vyšší ako v prípade niklu 200, čo vedie k trojnásobnému zlepšeniu rezistencie na koróziu. Pre vysoké teploty sa uprednostňuje vysoko alkalické prostredie: nikel 200 (čistý nikel). Jeho miera korózie v 40% NaOH je nižšia ako 0,001 mm/rok, 1/500.

Ošetrenie povrchom

Chemická pasivácia: Liečba kyselinou dusičnou alebo roztokom kyseliny chromovej zvyšuje hrúbku pasivačného filmu na 10-20 nanometrov. Pokusy ukázali, že hustota korózie prúdu chemicky pasivovaných zliatin niklu v roztoku 0,5 mol/l NaCl sa zníži o 80%.

Elektroplatná ochrana: pokovovanie ruténia (RU) alebo Iridium (IR) na povrchu zliatin niklu zlepšuje odolnosť proti korózii 3-5 krát. Plating Ruthénia predĺžil servisnú životnosť chemických zariadení v koncentrovanej kyseline dusičnej z 2 rokov do 10 rokov.

Ochrana povlaku: Poťah polytetrafluóretylén (PTFE) sa používa na izoláciu povrchu od korozívnych médií. Poťahovanie PTFE môže znížiť mieru korózie zliatin niklu v morskej vode na 0,0001 mm/rok, čo takmer eliminuje koróziu.

Kontrola životného prostredia

Manažment teploty: Udržujte prevádzkové teploty zariadenia pod kritickou teplotou korozívneho média (napr. 60 stupňov odsoľovania morskej vody). Experimenty ukazujú, že na každé 10 stupňové zvýšenie teploty sa rýchlosť korózie zliatin niklu zvyšuje o 2 až 3 krát.

Kontrola vlhkosti: Udržujte vlhkosť skladovania pod 60% a teplota pod 30 stupňov, aby sa zabránilo kondenzácii. Výrobca elektroniky predĺžil životnosť testovania soľného spreja Nickel - Pankované konektory z 200 hodín na 1 000 hodín reguláciou teploty a vlhkosti skladu.

Čistenie média: Odstráňte korozívne nečistoty (napríklad H₂s a Cl⁻), aby ste znížili riziko korózie. V ropných a plynových poliach môže zníženie koncentrácie H₂S z 1 000 ppm na 10 ppm prostredníctvom desulfurizácie predĺžiť životnosť ventilov zliatiny niklu z jedného roka na 10 rokov.

 

Odolnosť korózie zliatin niklu nie je absolútna; Jeho výkon závisí od synergického účinku materiálneho zloženia, podmienok prostredia a stratégií ochrany. Pre vysoké - koncové aplikácie (napríklad Aerospace a jadrový výkon) sú nevyhnutné vysoké - čistotné zliatiny niklu (napríklad nikel 200) kombinované s multi - ochrana. Pre náklady - citlivé aplikácie (napríklad rámové rámce okuliarov a dekoratívne časti) môžu optimalizované procesy pokovovania (napríklad stredné {{}}} fosforová elektrolá bez niklovej pokovy) dosiahnuť vyvážené náklady -. V budúcnosti sa s vývojom technológií, ako je nano - potiahnutie a inteligentné monitorovanie, sa zvýši odolnosť zliatin niklu v zliatiny niklu, čím sa poskytne spoľahlivejšia ochrana pre dlhé {- stabilná prevádzka priemyselného vybavenia.