Никель и его физико-химические свойства

В нем способны растворяться в большом количестве такие элементы, как молибден и хром. Никель существует в двух модификациях: ß-Ni с г.ц.к. решеткой и ɑ-Ni с г.п. решеткой, которую удается получить только путем электролиза (при вакуумной дистилляции). Никель ферромагнитен выше 367°С, ниже этой температуры он становится парамагнитным. Его свойства существенно зависят от содержания таких примесей, как углерод, сера, фосфор, кислород.

В электрохимическом ряду напряжений никель активнее водорода. Нормальный равновесный потенциал образования двухвалентных ионов никеля равен -0,25 В (см. рис. 1), стационарный потенциал в 0,5 н. растворе NaCl составляет -0,02 В.

Он термодинамически устойчив в нейтральных и умеренно щелочных растворах. Скорость коррозии никеля зависит от природы и концентрации компонентов раствора, особенно анионов, электродного потенциала.

Никель пассивируется во многих водных растворах в широкой области значений pH. В кислых средах область пассивации составляет 0,5 В. Пассивация никеля в 1н. H₂SO₄ наступает в результате адсорбционно-химического взаимодействия поверхностных атомов с кислородом воды и образования поверхностного слоя оксидной пленки NiO толщиной несколько нанометров. В щелочных растворах пассивация происходит благодаря формированию монослоя Ni(ОН)₂. В соляной кислоте никель не пассивируется.

Пассивируемость никеля повышают хром, кремний, олово, титан, алюминий, железо в присутствии хрома. Добавки меди и молибдена сдвигают электрохимический потенциал коррозии никеля в положительную сторону. Питтинговая коррозия возникает на никеле лишь в средах, содержащих хлориды. Стойкость никеля к питтинговой коррозии зависит от его чистоты. Примеси снижают коррозионную стойкость никеля, например в серной кислоте. Это в первую очередь относится к углероду, кремнию, фосфору и сере.

Никель, содержащий 0,005%С, корродирует в газообразном фтористом водороде значительно медленнее никеля, содержащего, %:С 0,050; Si 0,0024; О₂ 0,0017. При этом никель подвержен межкристаллитной коррозии (ММК), так как после испытания при 550°С, 120 ч во фтористом водороде наблюдается коррозия глубиной 0,03-0,05 мкм, тогда как у никеля, содержащего 0,005% С, она отсутствует.

Никель исключительно стоек:

а) в горячих и холодных щелочных и нейтральных растворах солей (карбонаты, нитраты, сульфаты, хлориды, ацетаты);

б) в разбавленных неокислительных неорганических и органических кислотах при низких или средних температурах, причем стойкость в неаэрированных растворах выше. Серная кислота наименее агрессивна для никеля - в неаэрированной 20%-ной H₂S0₄, при комнатной температуре Uкор < 0.1 мм/год. Соляная кислота действует на никель довольно сильно, но в неаэрированном растворе НСl никель можно использовать до 55°С. Никель устойчив лишь в слабых растворах азотной кислоты концентрацией менее 0,5% при 20°С и ниже;

в) в контакте с сухим хлором, хлористым водородом, фтором и фтористым водородом до 540°С, с сухим диоксидом серы до 320°С; в гидрооксидах натрия и калия до 350°С;

г) скорость коррозии никеля в атмосфере, содержащей загрязняющие вещества, в значительной степени определяется относительной влажностью.

Существенно повышают скорость коррозии никеля S0₂ и Сl₂, тогда как NH₃ замедляет ее, a H₂S и 0₃ влияют незначительно. Никель не стоек в окислительных кислотах (HNO₃, HNO₂), в растворах окислительных солей (FeCl₃, CuCl₂, К₂Сr₂О₇), в аэрированных аммиачных растворах, в гипохлоридах щелочных металлов и в восстановительных средах, содержащих серу при температурах выше 315°С.

Никель хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях любыми методами. Технологическая пластичность его высока при температурах более 900°С. Временное сопротивление деформированного и отожженного при 1000°С никеля при 20°С составляет 380-400 МПа.

Для β-никеля характерна низкая чувствительность предела текучести к изменению температуры и сохранению высокой пластичности, а также большая способность к упрочнению при низких температурах.

Относительное сужение никеля монотонно возрастает с ростом температуры. Даже в области отрицательных температур пластичность никеля при 600°С зависит от содержания в нем примесей. С увеличением в никеле кислорода и серы возрастает его межзеренная хрупкость. При этом концентрация серы на границах в 800-1000 раз выше, чем в объеме зерна. Добавление к никелю нескольких процентов железа уменьшает его относительное сужение и удлинение при 800°С в 1,2 - 2,5 раза.