Ali bodo nikljeve zlitine rjave
V aplikacijah, kot so okvirji očal, kemična oprema in pomorski inženiring, so nikljeve zlitine postale priljubljena alternativa tradicionalnim materialom zaradi njihove kombinacije kovinskega sijaja in korozijske odpornosti. Vendar se polemika vztraja glede tega, ali bodo nikljeve zlitine rjavele: nekatere verjamejo, da so "rjavi - dokaz", medtem ko drugi dvomijo o svoji zmogljivosti zaradi težav z korozijo opreme.
Naravna zaščita filma o pasivacijskem filmu nikelj zlitine
Korozijska odpornost niklja izhaja iz gostega pasivnega filma, ki je nastal na njihovi površini. Kadar je nikelj izpostavljen zraku ali vodi, tanek film nikljevega oksida (NIO) ali nikljevega hidroksida (Ni (OH) ₂) se na površini hitro oblikuje le 2-5 nanometrov. Ta film prikazuje naslednje lastnosti:
Kemična stabilnost: V območju pH 4 - 10 pasivni film ostane stabilen dalj časa, kar preprečuje prodor korozivnih medijev, kot so kloridni ioni in sulfidi. Na primer, v običajni morski vodi (pH ≈ 8,2) lahko pasivni film nikljevih zlitin ostane nedotaknjen že leta. Self - Zdravilna sposobnost: Če je lokalizirana plast nikljevega filma mehansko opraskana, bo izpostavljeni nikelj substrat regeneriral pasivni film v kisiku -, ki vsebuje okolje in doseže "samopopravilo." Poskusi so pokazali, da lahko v raztopini 0,5 mol/L NaCl pasivni film na opraskanem območju v celoti obnovite v 24 urah.
Elektrokemična inertnost: Elektrodni potencial pasivnega filma je 0,2-0,3 V višji kot pri nikljevem substratu, prednostno ščiti substrat pred korozijo med tvorbo galvanske celice. Ta lastnost naredi nikljeve zlitine idealen anodni material za elektrolitsko industrijo.
Štirje glavni scenariji korozije nikljevih zlitin
Kljub odlični korozijski odpornosti lahko nikljeve zlitine še vedno korodirajo pod določenimi pogoji. Vključeni mehanizmi lahko razvrstimo v naslednje štiri vrste:
Oksidiranje kislinske korozije
Nickel is stable in non-oxidizing acids (such as hydrochloric acid and dilute sulfuric acid). However, in concentrated nitric acid (>65%) ali zamrznjeni žveplovi kislini se pasivni film uniči in izpostavlja substrat na korozivni medij. Na primer:
In nitric acid environments: When the concentration is >65%se stopnja korozije niklja močno poveča z 0,001 mm/leto na 0,1 mm/leto. Po treh mesecih obratovanja v 80% dušikove kisline je toplotni izmenjevalec niklja v kemični tovarni doživel 30 -odstotno zmanjšanje debeline stene cevi, kar je prisililo, da se rastlina ustavi za vzdrževanje.
In sulfuric acid environments: When the concentration is >80%, stopnja korozije zlitine nikelj 200 lahko doseže 0,02 mm na leto. Za reševanje te težave so inženirji razvili baker -, ki vsebujejo zlitine na osnovi niklja - (kot je Monel 400), ki izboljšajo odpornost proti žveplovi kislini za več kot petkrat.
Visoka - temperaturna kloridna korozija
In environments such as seawater desalination and offshore platforms, the synergistic effect of high temperatures (>60°C) and high salt concentrations (Cl⁻ concentrations >3%) lahko povzroči korozijo. Na primer:
Mehanizem korozije: Ko Cl⁻ prodre v pasivni film, tvori lokalizirane mikrocele, kar vodi do korozije (do 10% -20% debeline podlage). Po dveh letih delovanja v 50 -stopinjski raztopini 3,5% NaCl je cevovod za nikljevo zlitino na obalni platformi razvil korozijo, ki je dosegla globino 0,5 mm, kar zahteva zamenjavo cevovoda.
Težave pri preprečevanju: Korozijo je težko zaznati v njegovih zgodnjih fazah, a ko se enkrat ugotovi, se hitrost korozije eksponentno poveča. Zato se zlitine na osnovi niklja -, ki vsebujejo molibden (MO), kot je Hastelloy C-276, pogosto uporabljajo pri inženiringu na morju, saj je njihova odpornost na ping trikrat večja od navadnih nikljevih zlitin.
Stres korozije
Pod kombiniranimi učinki nateznih napetosti (na primer varjenje preostale napetosti in mehanske obremenitve) in korozivnih medijev (kot sta mokri H₂s in NaOH), lahko nikljeve zlitine doživijo krhki zlom. Na primer:
H₂s Okolje: V H₂s -, ki vsebuje polja nafte in plinov, je lahko kritični faktor intenzivnosti napetosti (KISCC) za korozijo napetosti niklja - zlitin na osnovi stresa le 1/10, le 1/10 tega v odsotnosti. Nikeljni zlitinski ventil, ki se uporablja v naftnem polju, je po enem letu delovanja razvil stresno korozijo, kar je povzročilo puščanje nafte in plina.
Zaščitni ukrepi: Odpravite preostali stres s toplotno obdelavo ali uporabite molibden (MO) -, ki vsebujejo zlitine na osnovi niklja - (kot je Hastelloy C-276) Eksperimentalni rezultati kažejo, da ima slednji življenjsko dobo več kot petkrat večja od običajnih nikljevih zlitin v mokrih okoljih H₂S.
Odpoved
Za zmanjšanje stroškov nekateri izdelki uporabljajo nikljevo oblogo na ogljikovem jeklom. Če plošča vsebuje pore (poroznost> 1 celica/cm²) ali je premalo debela (<0.05μm), corrosive media can penetrate the plating and cause corrosion of the substrate. For example:
"Črna blazinica" okvara: Ko globina korozije niklja presega 1 μm, se kontaktni upor spajkalnika niha in vtika - v življenju se zmanjša za več kot 50%.
Rešitev: Uporabite več - postopek niklja plasti (na primer bakrena baza + pol - Bright nickel + visok - žveplov nickel + svetlega niklja) ali preklopite na neposredno obdelavo podstav Nickel Alloy. Eksperimentalni rezultati kažejo, da več - nikljeve plasti lahko zmanjšajo poroznost na pod 0,1 celic/cm² in izboljšajo korozijsko odpornost za 10 -krat.
Strategije preprečevanja nikljeve zlitine
Za reševanje korozijskih tveganj nikljevih zlitin lahko za doseganje popolne zaščite življenjskega cikla uporabite naslednje strategije:
Izbira materiala: Tip zlitine ujemajte z okoljem
Za močna kislinska (koncentrirana žveplova kislina) okolja: uporabite Hastelloy C-276 (ki vsebuje 16% MO), ki ponuja več kot petkratno korozijsko odpornost niklja 200. V 98% žveplove kisline je stopnja korozije C-276 le 0,0005 mm/leto 0,025 mm .025 mm .025 mm.
Za okolja morske vode/visoke soli: uporabite Monel 400 (ni - 30CU), ki ponuja vrhunsko korozijsko odpornost na čisti nikelj. V 3,5 -odstotni raztopini NaCl je potencial Monela 400 0,3 V višji kot pri niklu 200, kar ima za posledico trikratno izboljšanje korozijske odpornosti. Za visokotemperaturno, zelo alkalno okolje: prednostno je nikelj 200 (čisti nikelj). Njegova stopnja korozije pri 40% NaOH je manjša od 0,001 mm/leto, kar je 1/500.
Površinsko obdelavo
Kemična pasivacija: Zdravljenje z dušikovo kislino ali raztopino kromne kisline poveča debelino pasivacijskega filma na 10-20 nanometrov. Poskusi so pokazali, da se gostota korozijskega toka kemično pasiviranih nikljevih zlitin v 0,5 mol/L raztopini NACL zmanjša za 80%.
Zaščita za galvaniranje: obloga rutenija (ru) ali iridij (IR) na površini nikljevih zlitin izboljša korozijsko odpornost za 3-5 krat. Ruthenijeva prevleka je z 2 leti na 10 let do 10 let podaljšala življenjsko dobo kemijske opreme v koncentrirani dušikovi kislini.
Zaščita prevleke: Politetrafluoroetilen (PTFE) se uporablja za izolacijo površine iz jedkovih medijev. PTFE prevleka lahko zmanjša korozijsko stopnjo nikljevih zlitin v morski vodi na 0,0001 mm/leto, kar skoraj odpravi korozijo.
Okoljski nadzor
Upravljanje temperature: Ohranite temperature opreme pod kritično temperaturo jedkovega medija (npr. 60 stopinj v razsoljevanju morske vode). Eksperimenti kažejo, da se na vsakem 10-stopinjskem zvišanju temperature hitrost korozije nikljevih zlitin poveča za 2-3 krat.
Nadzor vlažnosti: Vzdržujte vlažnost skladišča pod 60% in temperaturo pod 30 stopinj, da preprečite kondenzacijo. Proizvajalec elektronike je razširil preskusno življenjsko dobo niklja - obloženih priključkov z 200 do 1000 ur z nadzorom temperature in vlažnosti skladišča.
Čiščenje medijev: Odstranite korozivne nečistoče (na primer H₂s in CL⁻), da zmanjšate tveganje za korozijo. Na naftnih in plinskih poljih lahko zmanjšanje koncentracije H₂S z 1000 ppm na 10 ppm z razžvezlovanjem podaljša življenjsko dobo nikljenih zlitin z enega leta na 10 let.
Korozijska odpornost nikljevih zlitin ni absolutna; Njegova uspešnost je odvisna od sinergističnega učinka materialne sestave, okoljskih razmer in zaščitnih strategij. Za visoke - končne aplikacije (na primer vesoljska in jedrska energija), visoke - nikljeve zlitine (kot je Nickel 200) v kombinaciji z več - zaščito plasti. Za stroške - občutljive aplikacije (na primer okvirji očal in okrasni deli), optimizirani procesi obloge (na primer medij - fosforjeve električne nikljeve plošče) lahko dosežejo uravnotežene stroške - razmerje zmogljivosti. V prihodnosti bo z razvojem tehnologij, kot sta nano - prevleka in inteligentno spremljanje, še izboljšana odpornost rjo nikljevih zlitin, kar bo zagotovilo zanesljivejšo zaščito za dolgo - stabilno delovanje industrijske opreme.
