ニッケル合金は錆びます
眼鏡フレーム、化学機器、海洋工学などの用途では、ニッケル合金は、金属光沢と腐食抵抗の組み合わせにより、従来の材料に代わる人気のある代替品となっています。ただし、ニッケル合金が錆びるかどうかについては論争が続いています。一部の人は「錆び-証拠」であると信じていますが、機器の腐食の問題のためにパフォーマンスに疑問を呈する人もいます。
ニッケル合金パッシベーションフィルムの自然保護
ニッケル合金の腐食抵抗は、表面に形成された密な受動膜に由来します。ニッケルが空気または水にさらされると、酸化ニッケル（NIO）または水酸化ニッケル（Ni（OH）₂）の薄膜が表面に2〜5ナノメートルのみが急速に形成されます。この映画は次の特性を示しています。
化学的安定性：4 - 10のpH範囲内で、受動膜は長期間安定したままであり、塩化物イオンや硫化物などの腐食性媒体の浸透を防ぎます。たとえば、通常の海水（pH≈8.2）では、ニッケル合金の受動膜は何年もそのままのままです。自己-ヒーリング能力：ニッケルフィルムの局所的な層が機械的に傷が付けられている場合、露出したニッケル基質は、環境を含む酸素-酸素-のパッシブフィルムを再生し、「自己修復」を達成します。実験により、0.5 mol/L NaCl溶液では、引っかいた領域の受動膜を24時間以内に完全に復元できることが示されています。
電気化学的不活性：受動膜の電極電位は、ニッケル基質の電位よりも0.2-0.3 V高く、ガルバニック細胞の形成中に基質を腐食から優先的に保護します。この特性により、ニッケル合金は電解産業にとって理想的なアノード材料になります。
ニッケル合金の4つの主要な腐食シナリオ
優れた腐食耐性にもかかわらず、ニッケル合金は特定の条件下で依然として腐食する可能性があります。関係するメカニズムは、次の4つのタイプに分類できます。
酸化酸腐食
Nickel is stable in non-oxidizing acids (such as hydrochloric acid and dilute sulfuric acid). However, in concentrated nitric acid (>65％）または硫酸を発射すると、受動膜が破壊され、基質が腐食性培地にさらされます。例えば：
In nitric acid environments: When the concentration is >65％、ニッケルの腐食速度は0.001mm/年から年間0.1mm/年に劇的に増加します。 80％の硝酸での3か月の手術後、化学プラントでのニッケル合金熱交換器がチューブの壁の厚さを30％減少させ、植物を維持のためにシャットダウンすることを余儀なくされました。
In sulfuric acid environments: When the concentration is >80％、ニッケル200合金の腐食率は年間0.02mmに達することができます。この問題に対処するために、エンジニアはニッケル-ベースの合金（Monel 400など）を含む銅-を開発し、硫酸耐性耐性を5回以上改善しました。
高-温度塩化物腐食
In environments such as seawater desalination and offshore platforms, the synergistic effect of high temperatures (>60°C) and high salt concentrations (Cl⁻ concentrations >3％）は、孔食を引き起こす可能性があります。例えば：
孔食のメカニズム：Cl⁻が受動膜に浸透した後、局所的なマイクロセルを形成し、孔食が腐食します（基質の厚さの最大10％-20％）。 50度の3.5％NaCl溶液での2年間の操作の後、オフショアプラットフォーム上のニッケル合金パイプラインは、深さ0.5 mmに達するピット腐食を開発し、パイプラインの交換を必要とします。
予防の困難：腐食の孔食は初期段階で検出するのが困難ですが、一度確立されると、腐食率は指数関数的に増加します。したがって、ハスロイC-276などのモリブデン（MO）を含むニッケル-ベースの合金は、オフショアエンジニアリングでよく使用されます。
ストレス腐食亀裂
引張応力（溶接の残留応力や機械的負荷など）と腐食性培地（湿ったH₂やNaOHなど）の複合効果の下で、ニッケル合金は脆性骨折を経験する可能性があります。例えば：
H₂S環境：オイルおよびガス田を含むH₂S-では、ニッケル-ベースの合金の応力腐食の臨界応力強度係数（KISCC）は10 mpa・m¹/²の低く、ストレスのない1/10のみです。油田で使用されるニッケル合金バルブは、1年間の手術後にストレス腐食亀裂を発症し、石油とガスの漏れをもたらしました。
保護対策：熱処理を通じて残留ストレスを排除するか、ニッケル-ベースの合金（Hastelloy C-276など）を含むモリブデン（MO）-を使用して、ストレス耐性耐性を強化します。実験結果は、後者が湿ったH₂S環境での通常のニッケル合金の5倍以上の寿命を持っていることを示しています。
メッキの故障
コストを削減するために、一部の製品は炭素鋼でニッケルメッキを利用しています。めっきに毛穴（気孔率> 1細胞/cm²）が含まれている場合、または厚くなっていない場合（<0.05μm), corrosive media can penetrate the plating and cause corrosion of the substrate. For example:
「ブラックパッド」の欠陥：ニッケルメッキの腐食深度が1μmを超えると、はんだ接触抵抗がん抵抗が変動し、寿命のプラグ-は50％を超えます。
解決策：マルチ{-レイヤーニッケルメッキプロセス（銅塩基 +セミ-明るいニッケル +高-硫黄ニッケル +明るいニッケルなど）を使用するか、ニッケル合金基板の直接処理に切り替えます。実験結果は、マルチ-層のニッケルメッキが0.1細胞/cm²未満に多孔度を減らし、耐食性を10倍改善できることを示しています。
ニッケル合金錆防止戦略
ニッケル合金の腐食リスクに対処するために、完全なライフサイクル保護を実現するために、次の戦略を使用できます。
材料の選択：合金の種類を環境に一致させます
強酸（濃縮硫酸）環境の場合：Hastelloy C-276（16％MOを含む）を使用します。これは、ニッケル200の5倍以上の耐食性を提供します。C-276の腐食率はわずか0.0005 mm/年ですが、ニッケル200の腐食率は0.025 MM/年です。
海水/高塩スプレー環境の場合：Monel 400（ni - 30cu）を使用します。 3.5％のNaCl溶液では、Monel 400の孔食電位はニッケル200の孔フィッティングポテンシャルよりも0.3 V高く、耐食性が3倍改善されます。高温では、高度にアルカリ性環境：ニッケル200（純粋なニッケル）が望ましい。 40％NaOHの腐食率は、年間0.001 mm未満で、炭素鋼の1/500番目です。
表面処理
化学的不快感：硝酸またはクロム酸溶液での治療により、パッシベーションフィルムの厚さが10〜20ナノメートルに増加します。実験により、0.5 mol/L NaCl溶液中の化学的にパッシブ化されたニッケル合金の腐食電流密度が80％減少することが示されています。
電気めっき保護：ニッケル合金の表面にあるめっきルテニウム（RU）またはイリジウム（IR）は、腐食抵抗を3〜5回改善します。ルテニウムメッキは、濃縮硝酸の化学装置のサービス寿命を2年から10年に拡大しました。
コーティング保護：ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）コーティングを使用して、腐食性媒体から表面を分離します。 PTFEコーティングは、海水中のニッケル合金の腐食速度を0.0001 mm/年に減らし、腐食をほぼ排除することができます。
環境制御
温度管理：機器の動作温度を腐食性培地の臨界温度（たとえば、海水淡水化の60度）より下に保ちます。実験では、温度が10度上昇するごとに、ニッケル合金の腐食速度が2〜3倍増加することが示されています。
湿度制御：貯蔵湿度を60％未満、温度を30度以下に維持して、凝縮を防ぎます。エレクトロニクスメーカーは、倉庫の温度と湿度を制御することにより、200時間から1000時間のニッケル-メッキコネクタの塩スプレーテスト寿命を延長しました。
媒体の浄化：腐食リスクを軽減するために、腐食性の不純物（H₂SやCl⁻など）を除去します。石油およびガス田では、脱硫によってH₂S濃度を1000 ppmから10 ppmに減らすことで、ニッケル合金バルブの寿命を1年から10年に延長する可能性があります。
ニッケル合金の耐食性は絶対的ではありません。そのパフォーマンスは、材料組成、環境条件、および保護戦略の相乗効果に依存します。高- endアプリケーション（航空宇宙や原子力など）の場合、高-純度ニッケル合金（ニッケル200など）とマルチ-層保護を組み合わせた層保護が不可欠です。コスト-敏感なアプリケーション（眼鏡フレームや装飾パーツなど）の場合、最適化されたメッキプロセス（中-リン電子溶離型ニッケルめっきなど）は、バランスの取れたコスト-パフォーマンス比を達成できます。将来的には、Nano -コーティングやインテリジェントな監視などの技術の開発により、ニッケル合金の錆耐性がさらに強化され、産業用具の長い-用語の安定操作に対してより信頼できる保護が提供されます。
