Les alliages nickel rouillent-ils
Dans des applications telles que les cadres de lunettes, l'équipement chimique et l'ingénierie marine, les alliages de nickel sont devenus une alternative populaire aux matériaux traditionnels en raison de leur combinaison de lustre métallique et de résistance à la corrosion. Cependant, la controverse persiste pour savoir si les alliages de nickel rouillent: certains croient qu'ils sont «Rust - preuve», tandis que d'autres remettent en question leurs performances en raison de problèmes de corrosion de l'équipement.
Protection naturelle du film de passivation en alliage nickel
La résistance à la corrosion des alliages de nickel provient du film passif dense formé à leur surface. Lorsque le nickel est exposé à l'air ou à l'eau, un film mince d'oxyde de nickel (NIO) ou d'hydroxyde de nickel (Ni (OH) ₂), seuls 2 à 5 nanomètres d'épaisseur se forment rapidement à la surface. Ce film présente les propriétés suivantes:
Stabilité chimique: Dans une plage de pH de 4 - 10, le film passif reste stable pendant de longues périodes, empêchant la pénétration de milieux corrosifs tels que les ions chlorure et les sulfures. Par exemple, dans l'eau de mer normale (pH ≈ 8,2), le film passif d'alliages de nickel peut rester intact pendant des années. Self - Capacité de guérison: si une couche localisée du film nickel est grattée mécaniquement, le substrat nickel exposé régénérera un film passif dans un environnement contenant de l'oxygène -, atteignant "l'auto-réparation". Des expériences ont montré que dans une solution de NaCl de 0,5 mol / L, le film passif à la zone rayée peut être complètement restauré dans les 24 heures.
Inerness électrochimique: le potentiel d'électrode du film passif est de 0,2 à 0,3 V supérieur à celui du substrat de nickel, protégeant préférentiellement le substrat de la corrosion pendant la formation d'une cellule galvanique. Cette propriété fait des alliages de nickel un matériau d'anode idéal pour l'industrie électrolytique.
Quatre principaux scénarios de corrosion d'alliages de nickel
Malgré leur excellente résistance à la corrosion, les alliages de nickel peuvent toujours se corroder dans certaines conditions. Les mécanismes impliqués peuvent être classés dans les quatre types suivants:
Oxyder la corrosion acide
Nickel is stable in non-oxidizing acids (such as hydrochloric acid and dilute sulfuric acid). However, in concentrated nitric acid (>65%) ou l'acide sulfurique fumant, le film passif est détruit, exposant le substrat au milieu corrosif. Par exemple:
In nitric acid environments: When the concentration is >65%, le taux de corrosion du nickel augmente considérablement de 0,001 mm / an à 0,1 mm / an. Après trois mois de fonctionnement dans 80% d'acide nitrique, un échangeur de chaleur en alliage de nickel dans une plante chimique a connu une réduction de 30% de l'épaisseur de la paroi du tube, forçant la plante à s'arrêter pour l'entretien.
In sulfuric acid environments: When the concentration is >80%, le taux de corrosion de l'alliage de nickel 200 peut atteindre 0,02 mm / an. Pour résoudre ce problème, les ingénieurs ont développé du cuivre - contenant des alliages à base de nickel - (comme MONEL 400), qui améliorent la résistance à la corrosion d'acide sulfurique de plus de cinq fois.
Haute - Température Corrosion du chlorure
In environments such as seawater desalination and offshore platforms, the synergistic effect of high temperatures (>60°C) and high salt concentrations (Cl⁻ concentrations >3%) peut provoquer une corrosion de piqûres. Par exemple:
Mécanisme de la corrosion de piqûres: après Cl⁻ pénétre le film passif, il forme des microcelles localisées, conduisant à des piqûres de corrosion (jusqu'à 10% à 20% de l'épaisseur du substrat). Après deux ans de fonctionnement dans une solution de NaCl de 50 degrés, 3,5%, un pipeline en alliage de nickel sur une plate-forme offshore a développé une corrosion de piqûres atteignant une profondeur de 0,5 mm, nécessitant un remplacement du pipeline.
Difficulté de prévention: la corrosion de piqûres est difficile à détecter à ses débuts, mais une fois établie, le taux de corrosion augmente de façon exponentielle. Par conséquent, les alliages à base de nickel - contenant du molybdène (MO), comme Hastelloy C-276, sont souvent utilisés dans l'ingénierie offshore, car leur résistance aux piqûres est trois fois celle des alliages de nickel ordinaires.
Crackage de corrosion des contraintes
Sous les effets combinés des contraintes de traction (telles que le soudage des contraintes résiduelles et des charges mécaniques) et des milieux corrosifs (tels que les H₂s humides et NaOH), les alliages de nickel peuvent ressentir une fracture fragile. Par exemple:
Environnements H₂s: Dans les champs H₂s - contenant des champs d'huile et de gaz, le facteur d'intensité de contrainte critique (KISCC) pour la corrosion de contrainte du nickel - Les alliages basés peuvent être aussi faibles que 10 MPa · M¹ / ², seulement 1/10 de celui de l'absence de contrainte. Une valve en alliage de nickel utilisée dans un champ d'huile a développé une fissuration par corrosion de contrainte après un an de fonctionnement, entraînant une fuite de pétrole et de gaz.
Mesures de protection: Éliminez le stress résiduel par traitement thermique ou utilisez du molybdène (MO) - contenant des alliages à base de nickel - (tels que Hastelloy C-276) pour améliorer la résistance à la corrosion de contrainte. Les résultats expérimentaux montrent que cette dernière a une durée de vie plus de cinq fois celle des alliages de nickel ordinaires dans les environnements H₂s humides.
Défaillance de placage
Pour réduire les coûts, certains produits utilisent un placage en nickel sur l'acier au carbone. Si le placage contient des pores (porosité> 1 cellule / cm²) ou est insuffisamment épais (<0.05μm), corrosive media can penetrate the plating and cause corrosion of the substrate. For example:
DÉFAUCTEMENT "PAD NOIR": Lorsque la profondeur de corrosion du placage de nickel dépasse 1 μm, la résistance au contact du joint de soudure fluctue et le bouchon - dans la vie diminue de plus de 50%.
Solution: Utilisez un processus de placage de nickel multi- (tel que la base de cuivre + semi - nickel brillant + High - Nickel de soufre + nickel brillant), ou passez au traitement direct du substrat en alliage de nickel. Les résultats expérimentaux montrent que le placage de nickel multi - peut réduire la porosité à moins de 0,1 cellules / cm² et améliorer la résistance à la corrosion de 10 fois.
Stratégies de prévention de la rouille en alliage nickel
Pour répondre aux risques de corrosion des alliages de nickel, les stratégies suivantes peuvent être utilisées pour obtenir une protection complète du cycle de vie:
Sélection des matériaux: Faites correspondre le type d'alliage à l'environnement
Pour les environnements d'acide puissant (acide sulfurique concentré): utilisez Hastelloy C-276 (contenant 16% MO), qui offre plus de cinq fois la résistance à la corrosion du nickel 200. Dans 98% d'acide sulfurique, le taux de corrosion du C-276 n'est que de 0,0005 mm / an, tandis que le taux de corrosion du nickel 200 est de 0,025 mm / an.
Pour les environnements de pulvérisation d'eau de mer / salin élevés: utilisez Monel 400 (ni - 30cu), qui offre une résistance à la corrosion de piqûres de piqûres supérieure au nickel pur. Dans une solution de NaCl à 3,5%, le potentiel de piqûres de MONEL 400 est de 0,3 V supérieur à celui du nickel 200, entraînant une triple amélioration de la résistance à la corrosion. Pour les environnements à haute température et hautement alcalins: le nickel 200 (nickel pur) est préféré. Son taux de corrosion dans 40% de NaOH est inférieur à 0,001 mm / an, 1/500e de celui de l'acier au carbone.
Traitement de surface
Passivation chimique: le traitement avec une solution d'acide nitrique ou d'acide chromique augmente l'épaisseur du film de passivation à 10-20 nanomètres. Des expériences ont montré que la densité de courant de corrosion des alliages de nickel chimiquement passivé dans une solution de NaCl 0,5 mol / L est réduite de 80%.
Protection électroplatée: le ruthénium (RU) ou l'iridium (IR) à la surface des alliages de nickel améliore la résistance à la corrosion par 3 à 5 fois. Ruthenium Plating a prolongé la durée de vie de l'équipement chimique dans l'acide nitrique concentré de 2 ans à 10 ans.
Protection du revêtement: le revêtement polytétrafluoroéthylène (PTFE) est utilisé pour isoler la surface à partir de milieux corrosifs. Le revêtement PTFE peut réduire le taux de corrosion des alliages de nickel dans l'eau de mer à 0,0001 mm / an, éliminant presque la corrosion.
Contrôle de l'environnement
Gestion de la température: Conservez les températures de fonctionnement de l'équipement en dessous de la température critique du milieu corrosif (par exemple, 60 degrés en dessalement de l'eau de mer). Les expériences montrent que pour chaque augmentation de la température de 10 degrés, le taux de corrosion des alliages de nickel augmente de 2 à 3 fois.
Contrôle de l'humidité: maintenir le stockage Humidité inférieure à 60% et température inférieure à 30 degrés pour éviter la condensation. Un fabricant d'électronique a prolongé la durée de vie du test de pulvérisation de sel de Nickel - Connecteurs plaqués de 200 heures à 1000 heures en contrôlant la température et l'humidité de l'entrepôt.
Purification des médias: supprimer les impuretés corrosives (comme H₂s et Cl⁻) pour réduire le risque de corrosion. Dans les champs pétroliers et gaziers, la réduction de la concentration de H₂S de 1000 ppm à 10 ppm par la désulfurisation peut prolonger la durée de vie des vannes en alliage de nickel d'un an à 10 ans.
La résistance à la corrosion des alliages de nickel n'est pas absolue; Ses performances dépend de l'effet synergique de la composition des matériaux, des conditions environnementales et des stratégies de protection. Pour les applications finales élevées - (telles que l'aérospatiale et l'énergie nucléaire), les alliages de nickel de pureté élevés - (tels que Nickel 200) combinés avec la protection multi-couches multi - sont essentielles. Pour les applications sensibles au coût - (telles que les cadres de lunettes et les parties décoratives), les processus de placage optimisé (tels que le placage de nickel électrolaire électroméprié moyen -) peuvent atteindre un ratio de performance de coût équilibré-. À l'avenir, avec le développement de technologies telles que le revêtement Nano - et la surveillance intelligente, la résistance à la rouille des alliages de nickel sera encore améliorée, offrant une protection plus fiable pour le fonctionnement stable à terme long - de l'équipement industriel.
