O níquel enferruja? A verdade sobre a resistência à corrosão
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Quando engenheiros e designers estão no processo de seleção de materiais para prototipagem, a pergunta mais frequente é: O níquel enferruja? A resposta curta a esta pergunta é não. O níquel não enferruja. Mas a resposta científica é muito mais complexa e interessante.
No mundo do fabrico de chapas metálicas e da metalurgia, a importância de definições precisas não pode ser exagerada. "Ferrugem" é um termo utilizado exclusivamente para a formação de óxido de ferro. Como o níquel não é ferro, não pode enferrujar. Mas o níquel não é um metal dos deuses. Ele interage com o ambiente que o rodeia. Sofre alterações químicas. Para poder escolher os materiais certos para dispositivos médicos, peças automóveis ou componentes industriais, é necessário saber primeiro como funciona o níquel. Este artigo aborda a química do níquel. Apresentamos as razões que explicam a sua resistência à degradação. Fazemos também uma comparação de metal para metal. Além disso, fornecemos informações sobre a manutenção das superfícies de níquel para que sejam duradouras.
O que é o níquel?
O níquel é um metal de transição.
É representado pelo símbolo Ni e pelo número atómico 28 na tabela periódica. O metal tem uma cor branca prateada, ligeiramente tingida de dourado. Os fabricantes estão encantados com o níquel devido à sua ductilidade e dureza.
Este metal é uma óptima fonte de energia para o mundo industrial moderno. É utilizado em ligas de aço inoxidável, baterias de iões de lítio e revestimento de aviões. A sua principal caraterística é o facto de ser muito estável. De facto, o níquel é estável no ar e na água. Devido a esta estabilidade, é um excelente metal para revestir os metais macios e mais reactivos.
A questão central: O níquel enferruja?
Temos de começar por definir os nossos termos. O níquel não é um metal que enferruja. A ferrugem é uma reação química muito específica: a oxidação do ferro na presença de água. O produto formado é o óxido de ferro(III) hidratado (Fe2O3⋅nH2O). Este composto avermelhado, castanho e escamoso é o resultado da corrosão do metal pela ferrugem, que acaba por conduzir a uma falha estrutural.
O níquel, por outro lado, é uma história diferente. Quando o oxigénio ataca o níquel, o metal riposta. Produz uma "película passiva". Trata-se de uma camada muito fina e invisível de óxido de níquel (NiO). Em contraste com o óxido de ferro, o óxido de níquel está muito ligado à superfície. Assim, actua como um vedante para o metal. Não permite que o oxigénio chegue aos átomos que estão por baixo. Assim, o níquel corrói-se a uma taxa insignificante. Não é destruído como o ferro, mas apenas desenvolve um invólucro protetor.
A ciência da passivação: Porque é que o níquel sobrevive
A superioridade do níquel em relação a outros metais é principalmente atribuída à passivação. A passivação é um fenómeno químico espontâneo. A primeira coisa que os átomos da superfície do níquel bruto fazem quando o expomos à atmosfera é reagir. Apoderam-se das moléculas de oxigénio. A reação produz então uma barreira semelhante a uma cerâmica. Chamamos-lhe camada de óxido. Esta camada é, de facto, auto-reparadora.
Se, por acaso, riscar uma superfície niquelada, não se preocupe, o níquel exposto continua a poder reagir imediatamente com o ar. Assim, regenerará a barreira. Esta é a razão pela qual a niquelagem é tão indispensável em prototipagem automóvel. Os automóveis ficam encharcados e salgados na estrada. No entanto, uma camada de níquel é uma garantia de segurança para o aço. Infelizmente, mesmo o níquel não resiste a tudo. Ácidos potentes podem remover a camada passiva. Níveis muito elevados de cloretos (sal) também podem penetrar na camada. Consequentemente, surge a corrosão por picadas, que explicaremos em pormenor mais adiante.
Factores que tornam o níquel resistente à ferrugem
Porque é que o níquel é o material preferido para um medical device prototype e ambientes industriais agressivos que muitas vezes nos interrogamos? A sua resistência é apoiada por várias caraterísticas intrínsecas. Elevada estabilidade química O níquel é significativamente mais inerte do que o ferro. Ocupa uma posição mais elevada na série galvânica. Não cede facilmente os seus electrões. Isto torna-o termodinamicamente estável em ambientes neutros.
O efeito de liga Quase nunca fabricamos estruturas de níquel puro. Fazemos ligas. Ao adicionar crómio ou molibdénio ao níquel, o resultado são super ligas. Estes elementos não só suportam a película passiva de óxido, como também se tornam padrão em Maquinação de precisão CNC para peças aeroespaciais.
Acabamento da superfície Qualidade A topografia do metal é de grande importância. Uma superfície polida tem menos vales microscópicos. A humidade não se fixa facilmente. Um acabamento de níquel liso resiste melhor à corrosão do que um acabamento rugoso. Baixa reatividade com a água A água é o inimigo comum da maioria dos metais. No entanto, o níquel interage muito lentamente com a água pura. Não forma hidróxidos rapidamente. Este facto permite que o níquel seja utilizado em aplicações subaquáticas sem degradação imediata.
Tabela: Comparação da resistência à corrosão
Para compreendermos a situação do níquel, temos de o comparar com outros materiais comuns utilizados em fabrico de chapas metálicas.
| Tipo de metal | Enferruja? | Modo de corrosão primária | Estabilidade da camada de óxido | Aplicação típica |
|---|---|---|---|---|
| Carbon Steel | Sim | Ferrugem vermelha escamosa (óxido de ferro) | Instável (esfarela-se) | Vigas estruturais |
| Níquel puro | Não | Pitting (em ácidos agressivos) | Altamente estável | Contactos da bateria |
| Stainless Steel (304) | Não | Pitting (ataque de cloreto) | Estável (Óxido de crómio) | Utensílios de cozinha |
| Alumínio | Não | Oxidação branca | Estável (Óxido de alumínio) | Armações aeroespaciais |
| Cobre | Não | Pátina (Verde Verdete) | Estável | Electrical Wiring |
Compreender a corrosão galvânica em conjuntos de níquel
Esta parte explica os tipos de problemas de montagem que são típicos no desenvolvimento de protótipos.
Embora o níquel metálico se caracterize por uma boa resistência à corrosão, pode causar corrosão noutros metais. Isto é Corrosão galvânica.
Assim, se fixarmos uma placa de níquel numa folha de alumínio e colocarmos água salgada sobre ela, forma-se uma pilha. Neste caso, o níquel é o metal "nobre" (cátodo). O alumínio é o metal "ativo" (ânodo). O alumínio corroer-se-á muito rapidamente para salvar o níquel.
Os designers têm de ter isto em conta quando fazem prototipagem industrial. Não se deve permitir que o níquel entre em contacto direto com o magnésio ou o zinco, mesmo que não se pense em isolamento. O conhecimento do potencial galvânico evita falhas desastrosas em montagens metálicas múltiplas.
Níquel oxidado vs. ferrugem: A diferença visual
É essencial identificar as diferenças entre a oxidação natural e a ferrugem destrutiva para efeitos de controlo de qualidade.
Oxidação de níquel (Tarnish): Um níquel pode perder o seu brilho. Torna-se ligeiramente baço ou enevoado. É o que se designa por "tarnish". Trata-se de uma camada fina de produtos de corrosão. É superficial. Não enfraquece a peça. Pode ser removida por polimento.
Ferrugem do ferro: A ferrugem funciona como um cancro. Faz bolhas e descama. Cresce e, por conseguinte, as peças são forçadas a separar-se. Quando a ferrugem aparece, é difícil pará-la. Ela mata a integridade do material.
A mancha de níquel é uma alteração cosmética. A ferrugem do ferro é uma alteração estrutural.
Melhores métodos para limpar o níquel
A manutenção do níquel deve ser efectuada com cuidado. O objetivo é remover a mancha sem danificar o material.
- Detergentes suaves: A água morna e o detergente da loiça são óptimos para limpar a sujidade geral. Este método remove os óleos que provocam a acumulação de humidade.
- Soluções de vinagre: Se a mancha for realmente muito grave, tente usar uma mistura de vinagre branco e água. O ácido suave dissolve a camada de óxido baça.
- Amoníaco: Para acabamentos de níquel muito brilhantes, os polimentos de metal que não são abrasivos e contêm amoníaco ajudarão o níquel a recuperar o seu brilho.
- Evitar palha de aço: Não utilizar palha de aço no revestimento de níquel em nenhuma circunstância. Esta deixa para trás pequenas partículas de ferro. Estas partículas enferrujam, fazendo com que pareça que o níquel falhou.
FAQs
O níquel enferruja na água?
Não. A água pura não prejudica o níquel. O metal cria instantaneamente a sua película protetora. Mantém-se estável em ambientes de água doce.
O níquel enferruja em água salgada?
Níquel não "enferruja" em água salgada, mas sofre. A água do mar contém iões cloreto. Estes iões são muito agressivos. Atacam a camada de óxido nos pontos mais expostos. Isto cria buracos muito pequenos, "corrosão por picadas", é o nome dado a estes pequenos buracos. Para ambientes marinhos, aconselhamos a utilização de ligas de cobre e níquel (cuproníquel) em vez de cobre puro. níquel.
O acabamento em níquel enferruja?
Um acabamento em níquel, em em si, não pode enferrujar. No entanto, o substrato pode. Por exemplo, se colocar níquel sobre aço e o revestimento ficar riscado, o aço por baixo enferruja. A ferrugem vai sangrar através da fenda. Parece que o níquel está a enferrujar, mas na realidade é o aço que está a sangrar.
O níquel acetinado enferruja?
O níquel acetinado é um estilo de acabamento, não um metal diferente. É a mesma química. Por isso, não enferruja. No entanto, a superfície texturizada dos acabamentos acetinados pode reter mais facilmente a humidade do que as superfícies polidas. No entanto, deve limpá-lo regularmente.
O níquel escovado enferruja?
Níquel escovado actua da mesma forma que níquel acetinado. O processo de "escovagem" cria micro ranhuras. Estas ranhuras aumentam a superfície. Enquanto o níquel não enferruja, estas ranhuras podem tornar-se locais onde os agentes corrosivos ficam presos. É necessário limpar com um pano escovado níquel mais frequentemente do que polido níquel.
O níquel polido enferruja?
Não, não vai. Polido níquel é a melhor de todas as defesas. A superfície lisa permite que a água se acumule e escorra. É a superfície mais pequena que está exposta à atmosfera. O metal acabará por ficar manchado, o que significa que ficará com uma cor leitosa, mas não enferrujará com ferrugem vermelha.
O níquel preto enferruja?
Preto níquel é um revestimento decorativo. Para obter a cor escura, o preto níquel é geralmente uma combinação de zinco ou estanho com níquel. Não enferruja. No entanto, o negro níquel o revestimento é geralmente muito fino. Quando se desgasta, o metal de base (geralmente aço ou latão) é o que fica exposto. Se a base for de aço, o ponto exposto enferruja.
O Cupro-Níquel enferruja?
Cupro-níquel é um metal que é feito através da combinação de cobre e níquel. É sabido que não enferruja. É a norma de ouro da engenharia naval. É resistente à corrosão em água salgada, bio, incrustações (cracas) e fissuras por tensão. Pode desenvolver uma pátina protetora esverdeada e castanha, mas não ferrugem vermelha.
O chumbo-níquel enferruja?
Lead e níquel não enferrujam. No entanto, chumbo oxida-se formando um pó branco. Não utilizamos chumbo na prototipagem de produtos de consumo modernos devido à sua toxicidade. As ligas que contêm estes metais são muito resistentes para corrosão, mas pode ser prejudicial para a saúde.
O níquel enferruja ao ar livre?
Níquel é um metal durável para utilização no exterior. Deixará de ser refletor. Desenvolverá uma pátina. Mas não apodrece como o aço. Isto faz com que seja uma boa escolha para instalações exteriores, se não se importar com a mudança em aparência ao longo do tempo.
Conclusão
O níquel enferruja? A resposta é não. O níquel é muito durável.
A passivação é a sua estrutura atómica que lhe permite resistir à oxidação. No entanto, pode manchar e, se for exposto a um ambiente salino, pode desenvolver corrosão, mas nunca se formará no níquel uma ferrugem como a que conhecemos, proveniente do óxido de ferro vermelho. Devido à sua grande fiabilidade, o níquel é um elemento fundamental no fabrico da tecnologia moderna.
A durabilidade em que os engenheiros podem confiar é a que o níquel fornece em tudo, desde a estampagem profunda de metais de tração até às complexas ferramentas de moldagem por injeção. Conhecendo as propriedades, poderá decidir se o seu protótipo necessita de polimento, escovagem ou níquel preto. Qualquer que seja o acabamento escolhido, está a selecionar um material feito para a longevidade.
Ligações externas para referência
Eis os URLs específicos e autorizados que pode utilizar para a secção de ligações externas.
O Instituto do Níquel
- URL de destino:
https://nickelinstitute.org/en/about-nickel-and-its-applications/ - Instituto do Níquel: Aplicações e propriedades
- URL de destino:
NIST (Instituto Nacional de Normas e Tecnologia)
- URL de destino:
https://www.nist.gov/pml/periodic-table-of-elements - Tabela Periódica NIST: Dados sobre o níquel
- URL de destino:
Corrosionpedia
- URL de destino:
https://www.corrosionpedia.com/definition/566/galvanic-corrosion - Corrosionpedia: Compreender a corrosão galvânica
- URL de destino:
ASTM Internacional
- URL de destino:
https://www.astm.org/b0117-19.html - Norma ASTM B117 para ensaios de pulverização de sal
- URL de destino:
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