A nikkel -ötvözetek rozsdásodnak
Az olyan alkalmazásokban, mint a szemüveg keretei, a vegyi berendezések és a tengeri tervezés, a nikkel -ötvözetek a fémes csillogás és a korrózióállóság kombinációja miatt a hagyományos anyagok népszerű alternatívájává váltak. A vita továbbra is fennáll, hogy a nikkel -ötvözetek rozsdásodnak -e: egyesek úgy vélik, hogy "rozsda - bizonyíték", míg mások a felszerelés korróziójának kérdései miatt megkérdőjelezik teljesítményüket.
Nikkel -ötvözet passzivációs film természetes védelme
A nikkel -ötvözetek korrózióállósága a felszínükön kialakult sűrű passzív filmből származik. Amikor a nikkel levegőnek vagy víznek van kitéve, akkor a nikkel-oxid (NIO) vagy a nikkel-hidroxid (Ni (OH) ₂) vékony fóliája csak 2-5 nanométer vastag, gyorsan kialakul a felületen. Ez a film a következő tulajdonságokat mutatja be:
Kémiai stabilitás: 4 - 10 pH -tartományon belül a passzív film hosszú ideig stabil marad, megakadályozva a korrozív közegek, például a klorid -ionok és a szulfidok behatolását. Például a normál tengervízben (pH ≈ 8,2) a nikkel -ötvözetek passzív filmje évekig érintetlen maradhat. Self - Gyógyító képesség: Ha a nikkel-film lokalizált rétege mechanikusan megkarcolódik, akkor a kitett nikkel-szubsztrát regenerál egy passzív filmet egy oxigénben - A környezetet tartalmazó oxigénben, amely "önjavítást" elér. A kísérletek kimutatták, hogy egy 0,5 mol/l NaCl -oldatban a karcolt területen a passzív film 24 órán belül teljesen helyreállítható.
Elektrokémiai tehetetlenség: A passzív film elektróda potenciálja 0,2-0,3 V-os magasabb, mint a nikkel-szubsztráté, elsősorban a szubsztrátot a korrózióval szemben egy galvanikus cella képződése során. Ez az ingatlan a nikkelötvözeteket ideális anód anyaggá teszi az elektrolitikus ipar számára.
Négy fő korróziós forgatókönyv a nikkel -ötvözetekről
Kiváló korrózióállóságuk ellenére a nikkel -ötvözetek bizonyos körülmények között továbbra is korrodálódhatnak. Az érintett mechanizmusok a következő négy típusba sorolhatók:
Oxidáló sav -korrózió
Nickel is stable in non-oxidizing acids (such as hydrochloric acid and dilute sulfuric acid). However, in concentrated nitric acid (>65%) vagy füstölő kénsav, a passzív film megsemmisül, és a szubsztrátot a korrozív közegnek teszik ki. Például:
In nitric acid environments: When the concentration is >65%, a nikkel korróziós aránya drasztikusan növekszik 0,001 mm -ről 0,1 mm/évre. A 80% -os salétromsav három hónapos üzemeltetése után egy vegyi üzemben lévő nikkelötvözet -hőcserélő 30% -kal csökkentette a csőfal vastagságát, és arra kényszerítette a növényt, hogy leállítsa a karbantartást.
In sulfuric acid environments: When the concentration is >80%, a nikkel 200 ötvözet korróziós sebessége elérheti a 0,02 mm/évet. Ennek a kérdésnek a kezelése érdekében a mérnökök réz - réz kifejlesztést fejlesztettek ki, amely nikkel - alapú ötvözeteket (például Monel 400) tartalmaz, amelyek több mint ötször javítják a kénsav -korrózióállóságot.
Magas - hőmérséklet -klorid korrózió
In environments such as seawater desalination and offshore platforms, the synergistic effect of high temperatures (>60°C) and high salt concentrations (Cl⁻ concentrations >3%) hüvelyes korróziót okozhat. Például:
A pontozás korróziójának mechanizmusa: Miután a CL⁻ behatol a passzív filmbe, lokalizált mikrocellákat képez, ami foltos korrózióhoz vezet (a szubsztrát vastagságának 10–20% -áig). Két éves, 50 fokos, 3,5% -os NaCl -oldatban történő üzemeltetés után egy tengeri platformon lévő nikkel -ötvözet -csővezeték kialakult, és 0,5 mm mélységű pontos korróziót fejlesztett ki, ami szükségessé tette a csővezeték cseréjét.
A megelőzés nehézsége: A korrózió beillesztése a korai szakaszában nehéz felismerni, de miután megállapították, a korróziós sebesség exponenciálisan növekszik. Ezért a nikkel - alapú ötvözeteket, amelyek molibdént (MO) tartalmaznak, például a Hastelloy C-276-ot, gyakran használják a tengeri mérnöki műszaki mérnöki munkákban, mivel a pontos ellenállásuk háromszorosa a szokásos nikkel-ötvözeteknek.
Stresszkorrózió -repedés
A szakító feszültségek (például a maradék feszültség és a mechanikai terhelések) és a korrozív közegek (például a nedves H₂ és a NaOH) együttes hatásai mellett a nikkel -ötvözetek törékeny törést tapasztalhatnak. Például:
H₂S környezetek: Az olaj- és gázmezőket tartalmazó H₂S - -ben a nikkel stressz -korróziójának kritikus stressz -intenzitási tényezője (KISCC) a - alapú ötvözetek stressz korróziójára akár 10 MPa · m¹/² -t is lehet, csak a stressz hiányában. Az olajmezőben használt nikkelötvözet -szelep egy év működési korróziójának repedését fejlesztette ki, ami olaj- és gázszivárgást eredményez.
Védelmi intézkedések: Távolítsa el a maradék stresszt hőkezeléssel, vagy használjon molibdén (MO) - nikkel-tartalmú - alapú ötvözeteket (például a Hastelloy C-276), hogy fokozza a stressz-korrózió-rezisztenciát. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy az utóbbi élettartama ötszörösére növekszik a szokásos nikkel -ötvözetekhez nedves H₂S környezetben.
Bevonási hiba
A költségek csökkentése érdekében egyes termékek a szénacél nikkellemezét használják. Ha a bevonat pórusokat tartalmaz (porozitás> 1 cell/cm²), vagy nem elég vastag (<0.05μm), corrosive media can penetrate the plating and cause corrosion of the substrate. For example:
"Fekete pad" hibás: Ha a nikkel -bevonat -korrózió mélysége meghaladja az 1 μm -t, a forrasztási ízületi kontakt ellenállás ingadozik, és az életben a - dugás több mint 50%-kal csökken.
Megoldás: Használjon multi - réteg -nikkel -bevonási folyamatot (például rézbázis + félig - Bright Nickel + High - kén nikkel + fényes nikkel), vagy váltson a nikkel -ötvözet közvetlen feldolgozására. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a multi {- réteg nikkel bevonat 0,1 sejt/cm² alatti értékre csökkentheti a porozitást, és tízszer javítja a korrózióállóságot.
Nikkelötvözet rozsda megelőzési stratégiái
A nikkel -ötvözetek korróziós kockázatainak kezelése érdekében a következő stratégiák alkalmazhatók a teljes életciklus -védelem elérésére:
Anyagválasztás: Illessze az ötvözet típusát a környezethez
Erős sav (koncentrált kénsav) környezetekhez: Használjon Hastelloy C-276-at (16% MO-t tartalmaz), amely a nikkel korrózióállóságának ötszörösére növekszik.
Tengervíz/magas só spray -környezetekhez: Használjon Monel 400 -at (Ni - 30cu), amely kiváló pontos korrózióállóságot kínál a tiszta nikkelhez. A 3,5% -os NaCl -oldatban a Monel 400 pontos potenciálja 0,3 V -os magasabb, mint a 200 nikkelé, ami a korrózióállóság háromszoros javulását eredményezi. A magas hőmérsékletű, erősen lúgos környezetben: a nikkel 200 (tiszta nikkel) előnyös. A 40% NAOH korróziós aránya kevesebb, mint 0,001 mm/év, 1/500.
Felszíni kezelés
Kémiai passziváció: A salétromsavval vagy krómsav-oldattal történő kezelés a passzivációs film vastagságát 10-20 nanométerre növeli. A kísérletek kimutatták, hogy a kémiailag passzivált nikkel -ötvözetek korróziós áram sűrűsége 0,5 mol/L NaCl oldatban 80%-kal csökken.
Valalikatizáló védelem: A ruténium (RU) vagy az iridium (IR) bevonása a nikkel-ötvözetek felületén 3-5-szer javítja a korrózióállóságot. A ruténium -bevonat 2 évről 10 évre meghosszabbította a kémiai berendezések élettartamát.
Bevonat védelme: A poli -tetrafluor -etilén (PTFE) bevonatot használják a felület korrozív közegekből való izolálására. A PTFE bevonat a tengervízben a nikkel -ötvözetek korróziós sebességét 0,0001 mm/évre csökkentheti, majdnem kiküszöbölve a korróziót.
Környezetvédelmi irányítás
Hőmérsékletkezelés: Tartsa a berendezések működési hőmérsékleteit a korrozív közeg kritikus hőmérséklete alatt (pl. 60 fokos tengervíz -sótalanításban). A kísérletek azt mutatják, hogy a hőmérséklet minden 10 fokos növekedése esetén a nikkel-ötvözetek korróziós sebessége 2-3-szor növekszik.
Páratartalom -szabályozás: Tartsa a tárolási páratartalmat 60% alatt, a hőmérséklet pedig 30 fok alatt, hogy megakadályozza a kondenzációt. Egy elektronikai gyártó meghosszabbította a - bevont csatlakozók sós spray -teszt élettartamát 200 órától 1000 óráig a raktárhőmérséklet és a páratartalom szabályozásával.
A közegek tisztítása: Távolítsa el a korrozív szennyeződéseket (például a H₂S és a CL⁻) a korrózió kockázatának csökkentése érdekében. Az olaj- és gázmezőkben a H₂S koncentrációjának 1000 ppm -ről 10 ppm -re történő csökkentése a desulfurizáció révén meghosszabbíthatja a nikkelötvözet -szelepek élettartamát egy évről 10 évre.
A nikkel -ötvözetek korrózióállósága nem abszolút; Teljesítménye az anyagösszetétel, a környezeti feltételek és a védelmi stratégiák szinergetikus hatásától függ. A magas - végső alkalmazásokhoz (például az űr- és atomenergia) a magas - tisztasági nikkel -ötvözetek (például a nikkel 200) és a multi - rétegvédelem kombinálva elengedhetetlenek. A - érzékeny alkalmazásokhoz (például a szemüveg keretei és a dekoratív alkatrészek) az optimalizált bevonási folyamatok (például közepes - foszfor -elektroless nikkel -bevonat) kiegyensúlyozott költségek elérhetők. A jövőben, olyan technológiák fejlesztésével, mint a Nano - bevonat és intelligens monitorozás, a nikkel -ötvözetek rozsda ellenállása tovább javul, és megbízhatóbb védelmet nyújt a hosszú - ipari berendezések stabil működéséért.
