Pasivace kovů – technologie procesu, nevýhody

Mnoho kovů je náchylných ke korozi, když jsou vystaveny vzduchu a vodě. Stává se zdrojem vnitřního pnutí, snížené životnosti a příčinou předčasného selhání dílů. Jednou z metod prevence/zpomalení koroze je pasivace kovu, po které se na povrchu výrobku vytvoří tenký ochranný film. Jev pasivace může nastat přirozeně nebo může být iniciován vhodným výrobním procesem. Zejména GOST 16038-2014 stanoví povinnou pasivaci různých hardwarových produktů pro kritické účely. Této ochraně podléhají i přesné měřicí přístroje a svarové švy.

Historie objevu a podstata procesu

V polovině 1800. století německý chemik Christian Schönbein zjistil, že když je železo ponořeno do roztoku koncentrované kyseliny dusičné, na povrchu kovu se nevytváří rez, zatímco železo vystavené běžnému vzduchu nebo vodě rezaví. Schönbein nazval tento nedostatek chemické reaktivity vlastností „pasivního“ stavu.

Protože, jak se později ukázalo, použití pasivace nerezové oceli kyselinou dusičnou způsobuje značné škody na zařízení a životním prostředí a také vyžaduje dodržování závažných bezpečnostních opatření, rozhodli se pro chemickou pasivaci použít buď kyselinu citronovou, nebo kyselinu dusičnou/sírovou. kyseliny, ale v roztoku s dichromanem sodným. Volba způsobu ochrany často závisí na požadavcích zákazníka.

Pro jaké kovy se pasivují?

Ke korozi dochází, když aktivní molekuly kovové slitiny reagují se svým prostředím a stávají se elektrochemicky stabilnější. V důsledku toho vznikají sloučeniny jako oxidy, hydroxidy a sulfidy. Tvorba rzi může být také způsobena určitými elektrochemickými procesy, například interakcí mezi niklem a zinkem v baterii.

Stupeň odolnosti kovů vůči korozi se určuje pomocí stupnice galvanické aktivity (viz obr. 1).

Ušlechtilé kovy – zlato, stříbro a platina – jsou chemicky stabilní, protože rychlost koroze na jejich povrchu je zanedbatelná. Například vysoké usazeniny černého stříbra jsou obvykle způsobeny sirovodíkem spíše než kyslíkem a vodou. Galvanická stupnice neboli tzv. anodický index se považuje za míru aktivního potenciálu kovů. Čím výše je kov na stupnici, tím méně je náchylný ke korozi. Naproti tomu „reaktivní“ kovy jsou chemicky méně stabilní, a proto jim umožňují reagovat se sloučeninami vyskytujícími se v prostředí. Aby se zabránilo takovým reakcím, používají se procesy pasivace kovů. Jejich působením je „utěsnění“ povrchu oxidovým filmem, který brání přístupu kyslíku a vody. Tato vrstva může být vytvořena jinými způsoby – lakováním, práškovým lakováním, kompozicemi nebo suspenzemi olejů. Pokud je však ocelový povrch mechanicky poškozen, je zničena jeho ochrana. Další věcí je chemická pasivace, při které se místo přídavných materiálů používají chemické reakce.

Pasivační technologie

Chemická pasivace je obvykle spojena se zpracováním nerezových ocelí. Podstatou procesu je, že vyvolává povrchovou korozi a vytváří tenkou vrstvu nové, nereaktivní chemické látky. Tato vrchní vrstva se pevně spojí se základním kovem a vytvoří přirozenou bariéru, která zabrání korozi následných vrstev oceli (viz obrázek 2).

Protože jsou kovy vystaveny vlivu prostředí, pokud nejsou utěsněny barvou nebo práškovým nátěrem, přirozeně korodují. Většina tenkých vrstev je složena z oxidů, kombinací kovu a kyslíku, a proto se jim říká pasivní oxidové vrstvy.

Jednou z největších výhod takových vrstev je, že pokud se přirozeně vyskytují, podobně pasivují povrch, pokud je poškrábaný nebo jinak mechanicky poškozen. K tomuto hojení dochází díky další vrstvě molekul, které se pak vážou na prvky prostředí.

Účinnost pasivních oxidových vrstev závisí na typu použitých prvků. Ne všechny vrstvy oxidu jsou ochranné: pokud je oxid dostatečně porézní, aby umožnil pronikání kyslíku, nedojde k žádné ochraně a kov pod ním bude nadále korodovat. To se děje zejména u vysoce porézního oxidu hořečnatého: molekuly kyslíku jím volně procházejí a reagují s hořčíkem pod ním.

Účinnost procesu chemické pasivace je dána také složením roztoku a prostředím. Nerezová ocel může být například napadena solí nebo sloučeninami obsahujícími železo. Přirozená pasivace je zablokována a na povrchu se objeví rez.

V takových situacích, stejně jako pokud se přirozená pasivace vyvíjí pomalu nebo nerovnoměrně, se používá tzv. nucená pasivace.

Příkladem nucené pasivace pomocí chemických prostředků je modření. Zde je jedním z oxidů železa magnetit – černý oxid (Fe₃O₄), která se neodlupuje jako rez (Fe₂O₃, viz obr. 3).

K vytvoření filmu černého oxidu v alkalických roztocích pomocí tepla lze použít řadu chemických procesů.

Technologie aktivní pasivace se skládá z několika fází:

1. Očištění výrobku od povrchových nečistot a mastnoty. Na povrchu by neměly být žádné oblasti izolované od kyselé lázně.
2. Chemická nebo elektrochemická pasivace. U nerezové oceli tento krok odstraní veškeré volné usazeniny železa, které brání vytvoření silného povrchového filmu.
3. Praní v neutrálním roztoku k odstranění stop kyseliny a zbývajícího volného železa z povrchu – jeho usazeniny by neumožnily pasivní oxidové vrstvě vytvořit souvislý ochranný film.
4. Sušení ve vlhké atmosféře, která podporuje oxidaci. Pro urychlení procesu se teplota sušení zvýší nad pokojovou teplotu a použijí se prostředky podporující vznik rzi – solná mlha, síran měďnatý nebo ferrikyanid draselný.

U nerezových ocelí pasivační vrstva nutně obsahuje oxid chromitý Cr₂O₃, protože chrom je obsažen ve většině jakostí takových ocelí (viz obr. 4).

Legující prvky jako molybden nebo křemík urychlují pasivní podporu. Je třeba poznamenat, že usazeniny železa, nadměrné teplo, kontakt s jinými kovy, solí a kyselinami mohou vrstvu oxidu poškodit.

Celkový pohled na zařízení průmyslové pasivace je na Obr. 5.

Dalším kovem vhodným pro přirozenou pasivaci je hliník. Většina (i když ne všechny) slitiny hliníku vytvoří oxid hlinitý, když jsou vystaveny vzduchu.

Když je pasivace neúčinná

Pasivace není vždy ideálním řešením. Některé druhy kovů, na rozdíl od hliníku, nelze pasivovat, protože jsou náchylné k odlupování v důsledku koroze. Na druhou stranu ani dokonale pasivovaný kov nemusí být vhodný pro použití v určitých průmyslových odvětvích. Důvody tohoto peelingu jsou následující.

Oxidy kovů, zejména rez, mohou mít větší krystalickou strukturu než jejich základní kovové molekuly. To způsobí, že oxid při interakci stoupá z povrchu, což způsobuje puchýře a odlupování (viz obrázek 6).

Oddělení oxidu od kovu vystavuje další oblast vzduchu a vlhkosti a cyklus pokračuje a koroduje povrch.

V situacích, kdy oxidy, hydroxidy nebo sulfidy mají větší povrch než kov, ze kterého jsou odvozeny, se nevytvoří pasivační vrstva.

Důvody selhání souvisí s koncentrací chemikálií, které se podílely na vytvoření pasivního filmu. Pokud byla kyselá lázeň používána delší dobu, mohly se v ní nahromadit soli. Samotné výrobky často představují problém: může na nich zůstat řezná kapalina a provedené tepelné zpracování vyvolává nerovnoměrnou změnu molekulární struktury součásti.

Před jakýmikoli postupy na ochranu kovových povrchů před korozí jsou připraveny. Spočívá v tom, aby byl povrch co nejčistší, aby látky nanesené na povrch kovů snáze pronikaly jejich strukturou. Nejprve musíte z kovu odstranit všechny nečistoty. To lze provést mytím a broušením brusným papírem.

• Příprava elektrolytu

Ve druhé fázi je nutné připravit látku, která pod vlivem malého proudu přispěje k vytvoření tenkého filmu, který chrání před korozivním plakem.

• Vedení elektrického proudu

V této fázi je nutné vést elektrický proud s nízkou úrovní napětí.

Je důležité, aby se: Pro dosažení nejlepšího výsledku by elektrické napětí nemělo přesáhnout dvanáct stupňů.

• Zpracování kovů po pasivaci

V konečné fázi je kov testován na pevnost. Kontroluje se jeho odolnost vůči okolním vlivům.

Typy pasivace

V současné době se podle způsobu pasivace rozlišují tyto typy pasivace:

Elektrochemická pasivace

Tento typ pasivace zahrnuje aplikaci solí a kyselých roztoků spolu s elektrolytem na kovový povrch. V důsledku tohoto postupu se nabité částice usazují na kovovém povrchu a vytvářejí tenký film, který poskytuje spolehlivou ochranu proti korozi.

Chemická pasivace

Tento postup zahrnuje ošetření kovů chemikáliemi, které na jejich povrchu vytvoří ochranný film. K tomuto účelu se používají roztoky, které se skládají z niklu, chrómu a dalších prvků. Dělají kovovou strukturu hustší a tvrdší.

Pasivace kovů

Podle typu kovu může být pasivace reprezentována takovými procesy, jako jsou:

Pasivace oceli

Tento typ pasivace se používá v mnoha výrobních závodech. Umožňuje po odmaštění povrchu nanést na kovový povrch aktivní látky, které učiní kov pasivní. Výrobky vyrobené z takto zpracované oceli jsou pevné a odolné.

Video pasivace oceli.

Pasivace mědi

Tento typ pasivace se vyznačuje použitím roztoků na bázi chrómu. Tato látka vytváří na povrchu hustý film, díky kterému je kov odolnější.

Pasivace zinku

V současné době se často používá pasivace zinkem. Stojí za zmínku, že během tohoto postupu musíte být velmi opatrní, abyste zajistili, že nátěrový film je co nejtenčí. To je nutné z toho důvodu, že u zinkových výrobků není tloušťka materiálu příliš velká. Pokud je film tlustý, tloušťka kovu se dále sníží.

Video pasivace zinku.

Pasivace železa

Železo je jedním z nejznámějších kovů, které jsou na svém povrchu náchylné ke korozi. Z tohoto důvodu se doporučuje používat specializované metody k ochraně výrobků vyrobených z tohoto materiálu. Pasivace tohoto kovu se provádí v roztoku kyseliny sírové. V důsledku toho se na kovovém povrchu vytvoří tenký ochranný film.

Související články

Antikorozní prostředky

Antikorozní pigmenty se dělí na: zinkovou korunku, tripolyfosfáty hliníku a oxid železitý slídový.

Pasivace

Pasivita a toulání, pasivace kovů, přechod povrchu kovu do pasivního stavu, ve kterém se koroze prudce zpomaluje.