Ruster nikkel? Sannheten om korrosjonsbestandighet
Innholdsfortegnelse
Når ingeniører og designere skal velge materiale til prototyper, er det vanligste spørsmålet de stiller seg: Ruster nikkel? Det korte svaret på det er nei. Nikkel ruster ikke. Men det vitenskapelige svaret er langt mer komplekst og interessant.
I en verden av metallproduksjon og metallurgi kan betydningen av presise definisjoner ikke overvurderes. "Rust" er et begrep som utelukkende brukes om dannelsen av jernoksid. Siden nikkel ikke er jern, kan det ikke ruste. Men nikkel er ikke et gudemetall. Det interagerer med omgivelsene. Det gjennomgår kjemiske endringer. For å kunne velge riktig materiale til medisinsk utstyr, bildeler eller industrikomponenter, må du først vite hvordan nikkel fungerer. I denne artikkelen går vi nærmere inn på nikkelets kjemi. Vi forklarer hvorfor det motstår nedbrytning. Vi sammenligner også metall med metall. I tillegg gir vi informasjon om vedlikehold av nikkeloverflater for at de skal være holdbare.
Hva er nikkel?
Nikkel er et overgangsmetall.
Det representeres av symbolet Ni og atomnummeret 28 i det periodiske systemet. Metallet har en sølvfarget, hvit farge som er svakt gullfarget. Produsenter er glade for nikkel på grunn av dets smidighet og hardhet.
Dette metallet er en viktig energikilde for den moderne industrielle verden. Det brukes i legeringer av rustfritt stål, litium, ionebatterier og flybelegg. Dets viktigste egenskap er at det er veldig stabilt. Faktisk er nikkel stabilt i luft og vann. På grunn av denne stabiliteten er det et flott metall for plating av de som er myke og mer reaktive.
Kjernespørsmålet: Ruster nikkel?
Vi må begynne med å definere begrepene våre. Nikkel er ikke et metall som ruster. Rust er en helt spesifikk kjemisk reaksjon: oksidasjon av jern i nærvær av vann. Produktet som dannes, er hydratiserte jern(III)-oksider (Fe2O3⋅nH2O). Denne rødlige, brune, flassende forbindelsen er et resultat av at metallet er tæret bort av rust, noe som til slutt fører til strukturell svikt.
Nikkel, derimot, er en helt annen historie. Når oksygen angriper nikkel, slår metallet tilbake. Det produserer en "passiv film". Dette er et svært tynt, usynlig lag av nikkeloksid (NiO). I motsetning til jernoksid sitter nikkeloksid svært tett på overflaten. Dermed fungerer det som en forsegling for metallet. Det tillater ikke oksygen å nå atomene som befinner seg under. Derfor korroderer nikkel i ubetydelig grad. Det ødelegges ikke som jern, men utvikler bare et beskyttende skall.
Vitenskapen om passivering: Hvorfor nikkel overlever
Nikkel er bedre enn andre metaller, noe som hovedsakelig skyldes passivering. Passivering er et spontant kjemisk fenomen. Det første overflateatomene i rå nikkel gjør når du eksponerer det for atmosfæren, er å reagere. De tar til seg oksygenmolekyler. Reaksjonen danner så en keramisk barriere. Vi kaller dette oksidlaget. Dette laget er faktisk selvreparerende.
Hvis du skulle komme til å skrape opp en nikkelbelagt overflate, trenger du ikke bekymre deg, for det eksponerte nikkelet vil fortsatt kunne reagere med luft umiddelbart. Det vil derfor regenerere barrieren. Dette er grunnen til at nikkelbelegg er så uunnværlig i prototyping i bilindustrien. Biler blir gjennomvåte og saltet på veien. Likevel er et nikkellag en trygg garanti for stålet. Dessverre kan selv ikke nikkel motstå alt. Kraftige syrer kan fjerne det passive laget. Svært høye nivåer av klorider (salt) kan også trenge gjennom laget. Dermed oppstår det gropkorrosjon, som vi skal forklare i detalj senere.
Faktorer som gjør nikkel rustbestandig
Hvorfor nikkel er det foretrukne materialet for en medical device prototype og tøffe industrimiljøer som vi ofte lurer på? Nikkel har flere iboende egenskaper som gjør det motstandsdyktig. Høy kjemisk stabilitet Nikkel er betydelig mer inert enn jern. Det har en høyere posisjon i den galvaniske serien. Det gir ikke så lett fra seg elektronene sine. Dette gjør det termodynamisk stabilt i nøytrale miljøer.
Legeringseffekten Vi produserer nesten aldri strukturer av ren nikkel. Vi legerer det. Ved å tilsette krom eller molybden til nikkel får vi superlegeringer. Disse elementene støtter ikke bare den passive oksidfilmen, men blir også standard i CNC-presisjonsbearbeiding for romfartsdeler.
Overflatebehandling Kvalitet Metallets topografi er av stor betydning. En polert overflate har færre mikroskopiske daler. Fuktighet kan ikke så lett fanges opp. En glatt nikkelfinish motstår korrosjon bedre enn en ru overflate. Lav reaktivitet med vann Vann er de fleste metallers felles fiende. Likevel reagerer nikkel svært langsomt med rent vann. Det danner ikke hydroksider raskt. Dette gjør at nikkel kan brukes i undervannsapplikasjoner uten umiddelbar nedbrytning.
Tabell: Sammenligning av korrosjonsmotstand
For å forstå hvor nikkel står, må vi sammenligne det med andre vanlige materialer som brukes i produksjon av metallplater.
| Metalltype | Ruster det? | Primær korrosjonsmodus | Stabilitet i oksidlag | Typisk bruksområde |
|---|---|---|---|---|
| Karbonstål | Ja | Rød flassende rust (jernoksid) | Ustabil (smuldrer opp) | Strukturelle bjelker |
| Ren nikkel | Nei | Gropdannelse (i sterke syrer) | Svært stabil | Batterikontakter |
| Rustfritt stål (304) | Nei | Gropdannelse (kloridangrep) | Stabil (kromoksid) | Kjøkkenutstyr |
| Aluminium | Nei | Hvit oksidasjon | Stabil (aluminiumoksid) | Rammer for luft- og romfart |
| Kobber | Nei | Patina (grønn verdigris) | Stabil | Electrical Wiring |
Forståelse av galvanisk korrosjon i nikkelkomponenter
I denne delen forklares hvilke monteringsproblemer som er typiske ved utvikling av prototyper.
Selv om metallet nikkel er karakterisert med god korrosjonsbestandighet, kan det forårsake korrosjon i andre metaller. Dette er Galvanisk korrosjon.
Så hvis du fester en nikkelplate på en aluminiumsplate og legger saltvann på den, dannes det et batteri. I dette tilfellet er nikkel det "edle" metallet (katoden). Aluminium er det "aktive" metallet (anoden). Aluminiumet vil korrodere veldig raskt for å redde nikkelet.
Designere må tenke på dette når de lager industriell prototyping. Du bør ikke la nikkel komme i direkte kontakt med magnesium eller sink, selv om du ikke tenker på isolasjon. Når du kjenner det galvaniske potensialet, unngår du katastrofale feil i flermetallsammenstillinger.
Oksidert nikkel vs. rust: Den visuelle forskjellen
For kvalitetskontrollen er det viktig å kunne skille mellom naturlig oksidasjon og destruktiv rustdannelse.
Oksidasjon av nikkel (Tarnish): En nikkel kan miste sin lysstyrke. Det blir litt matt eller tåkete. Dette omtales som "anløpe". Det er et tynt lag med korrosjonsprodukter. Det er overfladisk. Det svekker ikke delen. Det kan fjernes ved polering.
Rustende jern: Rust virker som kreft. Det bobler og flasser. Den vokser, og dermed tvinges deler fra hverandre. Når rusten kommer, er det vanskelig å stoppe den. Det dreper materialets integritet.
Nikkelflekker er en kosmetisk forandring. Jernrust er en strukturell forandring.
Beste metoder for å rengjøre nikkel
Vedlikehold av nikkel bør gjøres med en skånsom tilnærming. Du ønsker å fjerne anløpet uten å skade materialet.
- Milde rengjøringsmidler: Varmt vann og oppvaskmiddel er utmerket til rengjøring av vanlig smuss. Denne metoden fjerner oljer som gjør at fuktighet blir fanget.
- Eddikløsninger: Hvis anløpet er så ille, kan du prøve å bruke en blanding av hvit eddik og vann. Den milde syren løser opp det matte oksidlaget.
- Ammoniakk: For svært blanke nikkeloverflater vil metallpoleringsmidler som ikke er slipende og inneholder ammoniakk, hjelpe nikkelen til å gjenvinne glansen.
- Unngå stålull: Ikke bruk stålull på nikkelbelegg under noen omstendigheter. Den etterlater seg små jernpartikler. Disse partiklene vil ruste, og det vil se ut som om nikkelbelegget har sviktet.
Vanlige spørsmål
Ruster nikkel i vann?
Nei. Rent vann skader ikke nikkel. Metallet skaper sin beskyttende film umiddelbart. Det forblir stabilt i ferskvannsmiljøer.
Ruster nikkel i saltvann?
Nikkel "ruster" ikke i saltvann, men det lider. Sjøvann inneholder kloridioner. Disse ionene er svært aggressive. De angriper oksidlaget på de mest utsatte stedene. Dette skaper svært små hull, "gropkorrosjon" er navnet på disse små hullene. For marine miljøer anbefaler vi bruk av kobber- og nikkellegeringer (Cupronickel) i stedet for rene Nikkel.
Ruster nikkelfinish?
En nikkelfinish, i selv, kan ikke ruste. Det kan imidlertid underlaget gjøre. Hvis du for eksempel pletterer nikkel over stål, og pletteringen blir ripete, vil stålet under ruste. Rusten vil blø gjennom sprekken. Det ser ut som om nikkelen ruster, men det er faktisk stålet som blør.
Ruster Satin Nickel?
Satin nikkel er en finish stil, ikke et annet metall. Det er den samme kjemien. Så det vil ikke ruste. Likevel kan den strukturerte overflaten på satengfinish lettere fange opp fuktighet enn polerte overflater. Du bør likevel rengjøre den regelmessig.
Ruster børstet nikkel?
Børstet nikkel fungerer på samme måte som Satin nikkel. Børsteprosessen skaper mikrospor. Disse rillene øker overflatearealet. Mens nikkel selv ikke vil ruste, kan disse sporene bli steder der korroderende stoffer fanges opp. Det er nødvendig å tørke av børstet nikkel ned oftere enn polert Nikkel.
Vil polert nikkel ruste?
Nei, det vil det ikke. Polert nikkel er det beste av alle forsvar. Den glatte overflaten gjør at vannet perler seg opp og renner av. Det er det minste overflatearealet som er eksponert for atmosfæren. Metallet vil anløpe etter hvert, noe som betyr at det får en melkeaktig farge, men det vil ikke ruste med rødrust.
Ruster svart nikkel?
Svart nikkel er en dekorativ plettering. For å oppnå den mørke fargen, må den svarte nikkel er vanligvis en kombinasjon av sink eller tinn med nikkel. Den ruster ikke. Likevel, den svarte nikkel plettering er for det meste veldig tynn. Når den slites av, er det uedle metallet (vanligvis stål eller messing) som blir blottlagt. Hvis sokkelen er av stål, vil den utsatte delen ruste.
Ruster Cupro-Nickel?
Cupro-nikkel er et metall som lages ved å kombinere kobber og Nikkel. Det er velkjent at den ikke ruster. Det er gullstandarden innen marinteknikk. Det er motstandsdyktig mot saltvannskorrosjon, bio, begroing (rur) og spenningssprekker. Den kan utvikle en grønnaktig, brun beskyttende patina, men ikke rødrust.
Ruster blynikkel?
Lead og nikkel ruster ikke. Men.., bly oksiderer og danner et hvitt pulver. Vi bruker ikke bly i moderne prototyping av forbrukerprodukter på grunn av giftigheten. Legeringer som inneholder disse metallene er svært motstandsdyktige til korrosjon, men kan være helseskadelig.
Ruster nikkel utendørs?
Nikkel er et slitesterkt metall for utendørs bruk. Den vil ikke lenger være reflekterende. Det vil utvikle en patina. Men det råtner ikke slik stål gjør. Dette gjør det til et godt valg for utendørsarmaturer hvis du synes det er greit å bytte i utseende over tid.
Konklusjon
Ruster nikkel? Svaret er nei. Nikkel er veldig slitesterkt.
Passiveringen er den atomære strukturen som gjør at nikkel motstår oksidasjon. Nikkel kan imidlertid anløpe, og hvis det utsettes for salt, kan det utvikle groper, men det vil aldri dannes rust på nikkel, slik vi kjenner det fra det røde jernoksidet. På grunn av sin store pålitelighet er nikkel et grunnleggende element i moderne teknologi.
Ingeniørene kan stole på at nikkel har den samme holdbarheten som i alt fra dyptrekkende metallstempling til komplekse sprøytestøpeverktøy. Når du kjenner egenskapene, kan du avgjøre om prototypen din trenger polering, børsting eller svart nikkel. Uansett hvilken overflate du velger, velger du et materiale som er laget for lang levetid.
Eksterne lenker for referanse
Her er de spesifikke, autoritative URL-adressene du kan bruke i delen om eksterne lenker.
Nikkelinstituttet
- Mål-URL:
https://nickelinstitute.org/en/about-nickel-and-its-applications/ - Nikkelinstituttet: Bruksområder og egenskaper
- Mål-URL:
NIST (Nasjonalt institutt for standarder og teknologi)
- Mål-URL:
https://www.nist.gov/pml/periodic-table-of-elements - NIST Periodisk system: Nikkel-data
- Mål-URL:
Korrosjonspedia
- Mål-URL:
https://www.corrosionpedia.com/definition/566/galvanic-corrosion - Korrosjonspedia: Forståelse av galvanisk korrosjon
- Mål-URL:
ASTM International
- Mål-URL:
https://www.astm.org/b0117-19.html - ASTM B117 Standard for saltspraytesting
- Mål-URL:
Kommentarer
Siste innlegg
Relaterte blogger
Senyos blogg fokuserer på å dele vår omfattende kunnskap om produksjon av prototyper. Gjennom artiklene våre ønsker vi å hjelpe deg med å forbedre produktdesignet ditt og navigere mer effektivt gjennom kompleksiteten ved hurtig prototyping.
