Pasywacja to Proces pasywacji metali polega na tworzeniu cienkich warstw na powierzchni w celu ochrony przed korozją

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Tradycyjne metody ochrony metali przed korozją coraz rzadziej spełniają wymagania techniczne dotyczące właściwości użytkowych krytycznych konstrukcji i materiałów. Belki nośne w ramach domów, rurociągi i okładziny metalowe nie mogą obejść się bez samej mechanicznej ochrony przed rdzą, jeśli chodzi o długotrwałe użytkowanie produktu. Bardziej efektywnym podejściem do ochrony przed korozją jest metoda elektrochemiczna, aw szczególności pasywacja. Jest to jeden ze sposobów wykorzystania aktywnych roztworów, które tworzą warstwę ochronną i izolacyjną na powierzchni obrabianego przedmiotu.

Przegląd technologii

Pasywację należy rozumieć jako proces tworzenia cienkiej warstwy na metalowej powierzchni, której strukturacharakteryzuje się dużą wytrzymałością. Co więcej, funkcje tej powłoki mogą być różne - na przykład w elektrolitach akumulatorowych nie tylko przedłuża żywotność elektrod, ale także zmniejsza intensywność samorozładowania. Z punktu widzenia ochrony przed korozją pasywacja jest sposobem na zwiększenie odporności materiału na agresywne środowisko prowokujące rozwój rdzy. Ten sam mechanizm powstawania powłoki ochronno-izolacyjnej może być inny. Metody elektrochemiczne i chemiczne są zasadniczo różne, ale w obu przypadkach efektem końcowym będzie przejście struktury zewnętrznej przedmiotu obrabianego do stanu nieaktywnego chemicznie.

Zasada elektrochemicznej ochrony antykorozyjnej

Kluczowym czynnikiem w pasywacji elektrochemicznej jest wpływ prądu zewnętrznego na powierzchnię docelową. W momencie przejścia prądu katodowego przez korodującą strukturę metalu, jego potencjał zmienia się w kierunku ujemnym, co również zmienia charakter procesu jonizacji cząsteczek przedmiotu obrabianego. W warunkach ekspozycji anodowej od strony polaryzatora zewnętrznego (typowego dla mediów kwaśnych) może być wymagane zwiększenie prądu. Jest to konieczne, aby stłumić polaryzator, a następnie uzyskać pełną ochronę antykorozyjną. Jednak wraz ze zwiększoną pasywacją powierzchni pod wpływem prądu zewnętrznego, wzrasta wydzielanie wodoru, co prowadzi do uwodornienia metalu. W efekcie rozpoczyna się proces rozpuszczania wodoru w strukturze metalu, a następnie pogorszenie właściwości fizycznych przedmiotu obrabianego.

Katodametoda ochrony

Jest to rodzaj elektrochemicznej izolacji antykorozyjnej, która wykorzystuje technikę przykładania prądu katodowego. Ale tę metodę można wdrożyć na różne sposoby. Na przykład w niektórych przypadkach w produkcji wystarczająca zmiana potencjału jest zapewniona przez podłączenie części do zewnętrznego źródła prądu jako katody. Anoda jest obojętną elektrodą pomocniczą. Metoda ta wykonuje pasywację szwów po spawaniu, zabezpiecza metalowe platformy konstrukcji wiertniczych oraz rurociągi podziemne. Do zalet metody pasywacji katodowej należy skuteczność w tłumieniu różnego rodzaju procesów korozyjnych.

Oprócz ogólnych uszkodzeń spowodowanych rdzą, zapobiega się korozji wżerowej i międzykrystalicznej. Praktykowane są również takie metody elektrochemicznego działania katodowego jak ochronne i galwaniczne. Główną cechą tych podejść jest użycie bardziej elektroujemnego metalu jako polaryzatora. Element ten styka się z chronionym produktem i działa jak anoda, ulegając zniszczeniu podczas eksploatacji. Podobne metody są zwykle stosowane przy izolowaniu małych konstrukcji, części budynków i budowli.

Metoda ochrony anodowej

W przypadku anodowej izolacji części metalowych potencjał przesuwa się w dodatnim kierunku, co również przyczynia się do odporności powierzchni na procesy korozyjne. Część energii zastosowanego prądu anodowego jest zużywana na jonizację metalucząsteczki, a druga część - w celu stłumienia reakcji katodowej.

Wśród negatywnych czynników tego podejścia jest duża szybkość rozpuszczania metalu, nieporównywalna z szybkością redukcji reakcji korozyjnej. Z drugiej strony wiele będzie zależeć od metalu, na który zostanie zastosowana pasywacja. Mogą to być zarówno materiały aktywnie rozpuszczające się, jak i części z niepełnymi warstwami elektronicznymi, których struktura w stanie pasywnym również przyczynia się do reakcji hamowania i niszczenia. Jednak w każdym przypadku, aby osiągnąć znaczący efekt ochrony antykorozyjnej, wymagane jest zastosowanie dużych prądów anodowych.

Z tego punktu widzenia nie zaleca się stosowania tej metody do krótkotrwałej konserwacji izolacji, jednak niskie koszty energii do utrzymania nałożonego prądu w pełni uzasadniają pasywację anodową. Nawiasem mówiąc, utworzony system ochrony w przyszłości wymaga prądu o wartości zaledwie 10-3 A/m2.

Zastosowanie inhibitorów chemicznych

Alternatywne podejście technologiczne do zwiększania odporności metali podczas pracy w agresywnym środowisku. Inhibitory zapewniają pasywację chemiczną, która zmniejsza intensywność rozpuszczania metali oraz w różnym stopniu niweluje szkodliwe skutki uszkodzeń korozyjnych.

Inhibitor sam w sobie jest w pewnym sensie analogiem nałożonego prądu, ale o połączonym działaniu chemicznym lub elektrochemicznym. Substancje organiczne i nieorganiczne działają jako aktywatory filmu ochronnego, a częściej -specjalnie dobrane związki kompleksowe. Wprowadzenie inhibitora do agresywnego środowiska powoduje zmiany w strukturze powierzchni metalu, wpływając na reakcje kinetyczne elektrod.

Skuteczność ochrony będzie zależeć od rodzaju metalu, warunków zewnętrznych i czasu trwania całego procesu. Tak więc w dłuższej perspektywie pasywacja stali nierdzewnej będzie wymagała większych zasobów energii do przeciwdziałania agresywnemu środowisku niż w przypadku mosiądzu czy żelaza. Jednak kluczową rolę nadal będzie odgrywał mechanizm działania samego inhibitora.

Inhibitory-pasywatory

Aktywna ochrona antykorozyjna zgodnie z zasadami tworzenia biernej odporności może być tworzona przez różne inhibitory. W związku z tym szeroko stosowane są związki adsorpcyjne w postaci anionów, kationów i obojętnych cząsteczek, które mogą oddziaływać chemicznie i elektrostatycznie na powierzchnię metalu. Są to uniwersalne środki ochrony antykorozyjnej, ale ich działanie jest ograniczone w środowiskach, w których dominuje polaryzacja tlenu. Na przykład do pasywacji stali nierdzewnej należy użyć specjalnego inhibitora o właściwościach utleniających. Należą do nich molibdeniany, azotyny i chromiany, które tworzą warstwę tlenku z dodatnim przesunięciem polaryzacji wystarczającym do uwolnienia cząsteczek tlenu. Na powierzchni metalu zachodzi chemisorpcja powstałych atomów tlenu, blokując najbardziej aktywne obszary powłoki i tworząc dodatkowy potencjał spowolnienia reakcji rozpuszczania struktury metalu.

Zastosowanie pasywacji w ochronie półprzewodników

Praca elementów półprzewodnikowych pod wysokim napięciem wymaga specjalnego podejścia do ochrony przed korozją. W takich przypadkach pasywacja metalu wyraża się w kołowej izolacji aktywnego obszaru części. Zabezpieczenie krawędzi elektrycznej tworzy się za pomocą diod i tranzystorów bipolarnych. Pasywacja planarna polega na utworzeniu pierścienia ochronnego, a także pokryciu powierzchni krystalicznej szkłem. Inna metoda pasywacji mesy polega na utworzeniu rowka w celu zwiększenia maksymalnego dopuszczalnego poziomu naprężeń na powierzchni kryształu metalu strukturalnego.

Modyfikacja folii antykorozyjnej

Powłoka powstała w wyniku pasywacji pozwala na różnorodne dodatkowe wzmocnienia. Może to być galwanizacja, chromowanie, malowanie i tworzenie filmu konserwatorskiego. Stosowane są również metody pomocniczego wzmacniania ochrony antykorozyjnej jako takie. W przypadku powłok cynkowych opracowywane są specjalne rozwiązania oparte na komponentach polimerowych i chromowych. W przypadku zwykłego wiadra ocynkowanego można użyć niereaktywnych dodatków płuczących.

Wniosek

Korozja to proces destrukcyjny, który może objawiać się na różne sposoby, ale w każdym przypadku przyczynia się do pogorszenia pewnych właściwości użytkowych metalu. Istnieje możliwość wykluczenia na różne sposoby występowania takich procesów, a także wykorzystania metali szlachetnych, które charakteryzują się początkowo obniżonąwrażliwość na rdzę. Jednak ze względu na pewne względy finansowe i technologiczne zastosowanie standardowego zabezpieczenia antykorozyjnego lub zastosowanie metali o wysokiej odporności na korozję nie zawsze jest możliwe.

Optymalnym rozwiązaniem w takich przypadkach jest pasywacja – jest to stosunkowo niedroga i skuteczna metoda ochrony metali różnego rodzaju. Według niektórych obliczeń jedna elektroda z odpowiednio dobranym inhibitorem może wystarczyć do zabezpieczenia przed korozją 8-kilometrowej podziemnej linii rurociągu. Jeśli chodzi o wady, to wyrażają się one w złożoności technicznej stosowania w zasadzie metod pasywacji elektrochemicznej.