Pasivarea este Procesul de pasivare a metalelor înseamnă crearea de pelicule subțiri la suprafață pentru a proteja împotriva coroziunii

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Metodele tradiționale de protecție a metalelor împotriva coroziunii sunt din ce în ce mai puțin probabil să îndeplinească cerințele tehnice care se aplică proprietăților de performanță ale structurilor și materialelor critice. Grinzile portante din cadrele casei, liniile de conducte și placarile metalice nu se pot descurca fără protecția mecanică împotriva ruginii atunci când vine vorba de utilizarea pe termen lung a produsului. O abordare mai eficientă a protecției împotriva coroziunii este metoda electrochimică și, în special, pasivarea. Aceasta este una dintre modalitățile de utilizare a soluțiilor active care formează o peliculă protectoare și izolatoare pe suprafața piesei de prelucrat.

Prezentare generală asupra tehnologiei

Pasivarea ar trebui înțeleasă ca procesul de formare a unei pelicule subțiri pe o suprafață metalică, a cărei structurăcaracterizat prin rezistență ridicată. Mai mult, funcțiile acestei acoperiri pot fi diferite - de exemplu, în electroliții bateriei, nu numai că prelungește durata de viață a electrozilor, dar reduce și intensitatea autodescărcării. Din punct de vedere al protecției împotriva coroziunii, pasivarea este o modalitate de a crește rezistența unui material la un mediu agresiv care provoacă dezvoltarea ruginii. Același mecanism de formare a unui strat protector-izolant poate fi diferit. Metodele electrochimice și chimice sunt fundamental diferite, dar în ambele cazuri, rezultatul final va fi trecerea structurii externe a piesei de prelucrat la o stare inactivă din punct de vedere chimic.

Principiul protecției electrochimice anticorozive

Factorul cheie în pasivizarea electrochimică este efectul unui curent extern asupra suprafeței țintă. În momentul trecerii curentului catodic prin structura metalică corodabilă, potențialul său se modifică în direcția negativă, ceea ce modifică și natura procesului de ionizare a moleculelor piesei de prelucrat. În condiții de expunere anodică din partea unui polarizator extern (tipic pentru mediile acide), poate fi necesară o creștere a curentului. Acest lucru este necesar pentru a suprima polarizatorul și, ulterior, pentru a obține o protecție completă împotriva coroziunii. Cu toate acestea, cu pasivizarea crescută a suprafeței din cauza curentului extern, eliberarea de hidrogen crește, ceea ce duce la hidrogenarea metalului. Ca urmare, începe procesul de dizolvare a hidrogenului în structura metalică, urmat de o deteriorare a proprietăților fizice ale piesei de prelucrat.

Catodmetoda de protecție

Acesta este un fel de izolație electrochimică anticorozivă care folosește tehnica aplicării curentului catodic. Dar această metodă poate fi implementată în moduri diferite. De exemplu, în unele cazuri în producție, o schimbare de potențial suficientă este asigurată prin conectarea piesei la o sursă de curent externă ca catod. Anodul este un electrod auxiliar inert. Această metodă realizează pasivizarea cusăturilor după sudare, protejează platformele metalice ale structurilor de foraj și conductele subterane. Avantajele metodei pasivării catodice includ eficiența în suprimarea diferitelor tipuri de procese de coroziune.

În plus față de deteriorarea generală a ruginii, sâmburele și coroziunea intergranulară sunt prevenite. Se practică de asemenea metode de acțiune electrochimică catodică precum protectoare și galvanice. Principala caracteristică a acestor abordări este utilizarea unui metal mai electronegativ ca polarizator. Acest element este in contact cu produsul protejat si actioneaza ca un anod, fiind distrus in timpul functionarii. Metode similare sunt de obicei folosite la izolarea structurilor mici, a părților clădirilor și a structurilor.

Metoda de protecție a anodului

Cu izolarea anodică a pieselor metalice, potențialul se deplasează într-o direcție pozitivă, ceea ce contribuie și la rezistența suprafeței la procesele de coroziune. O parte din energia curentului anodic aplicat este cheltuită pentru ionizarea metaluluimolecule, iar ceal altă parte - pentru a suprima reacția catodică.

Printre factorii negativi ai acestei abordări se numără rata mare de dizolvare a metalului, care este incomparabilă cu viteza de reducere a reacției de coroziune. Pe de altă parte, mult va depinde de metalul căruia i se aplică pasivarea. Acestea pot fi atât materiale care dizolvă activ, cât și piese cu straturi electronice incomplete, a căror structură în stare pasivă contribuie și la reacțiile de frânare și distrugere. Dar, în orice caz, pentru a obține un efect semnificativ de protecție anticorozivă, este necesară utilizarea unor curenți anodici mari.

Din acest punct de vedere, această metodă nu este indicată de utilizat pentru întreținerea pe termen scurt a izolației, totuși, costurile reduse de energie pentru menținerea curentului suprapus justifică pe deplin pasivizarea anodică. Apropo, sistemul de protecție format în viitor necesită o putere curentă de numai 10-3 A/m2.

Utilizarea inhibitorilor chimici

O abordare tehnologică alternativă pentru creșterea rezistenței metalelor atunci când se operează în medii agresive. Inhibitorii asigură pasivarea chimică, care reduce intensitatea dizolvării metalelor și, în diferite grade, elimină efectele nocive ale daunelor provocate de coroziune.

În sine, un inhibitor este, într-un sens, un analog al curentului suprapus, dar cu o acțiune combinată chimică sau electrochimică. Substanțele organice și anorganice acționează ca activatori ai peliculei protectoare și, mai des -compuși complecși special selectați. Introducerea unui inhibitor într-un mediu agresiv provoacă modificări ale structurii suprafeței metalice, afectând reacțiile electrozilor cinetici.

Eficacitatea protecției va depinde de tipul de metal, de condițiile externe și de durata întregului proces. Astfel, pe termen lung, pasivarea oțelului inoxidabil va necesita mai multe resurse energetice pentru a contracara un mediu agresiv decât în cazul alamei sau fierului. Dar mecanismul de acțiune al inhibitorului în sine va juca în continuare un rol cheie.

Inhibitori-pasivatori

Protecția activă împotriva coroziunii conform principiilor de formare a rezistenței pasive poate fi formată de diferiți inhibitori. Astfel, sunt utilizați pe scară largă compușii de adsorbție sub formă de anioni, cationi și molecule neutre, care pot avea un efect chimic și electrostatic asupra unei suprafețe metalice. Acestea sunt mijloace universale de protecție anticorozivă, dar efectul lor este redus în mediile în care domină polarizarea oxigenului. De exemplu, pentru pasivarea oțelului inoxidabil trebuie folosit un inhibitor special cu proprietăți oxidante. Acestea includ molibdații, nitriții și cromații, care creează o peliculă de oxid cu o schimbare pozitivă de polarizare suficientă pentru a elibera moleculele de oxigen. Pe suprafața metalului are loc chimisorbția atomilor de oxigen rezultați, blocând zonele cele mai active ale acoperirii și creând un potențial suplimentar de încetinire a reacției de dizolvare a structurii metalice.

Utilizarea pasivării în protecția semiconductorilor

Funcționarea elementelor semiconductoare sub tensiune în altă necesită o abordare specială a protecției împotriva coroziunii. În raport cu astfel de cazuri, pasivarea metalului este exprimată în izolarea circulară a regiunii active a piesei. O protecție electrică a marginilor este formată folosind diode și tranzistori bipolari. Pasivarea plană implică crearea unui inel de protecție, precum și acoperirea suprafeței cristaline cu sticlă. O altă metodă de pasivare mesa implică formarea unei caneluri pentru a crește nivelul maxim admisibil de stres pe suprafața unui cristal structural de metal.

Modificarea foliei anticorozive

Acoperirea formată ca rezultat al pasivării permite o varietate de armături suplimentare. Aceasta poate fi placare, cromare, vopsire și crearea unui film de conservare. Sunt utilizate și metode de întărire auxiliară a protecției anticorozive ca atare. Pentru acoperirile cu zinc se dezvoltă soluții speciale bazate pe componente de polimer și crom. Pentru o găleată galvanizată obișnuită, pot fi utilizați aditivi nereactivi de spălare.

Concluzie

Coroziunea este un proces distructiv care se poate manifesta în diferite moduri, dar în fiecare caz contribuie la deteriorarea anumitor proprietăți operaționale ale metalului. Este posibil să se excludă apariția unor astfel de procese în diferite moduri, precum și utilizarea metalelor nobile, care se caracterizează printr-o inițial redusă.sensibilitate la rugină. Cu toate acestea, din anumite motive financiare și tehnologice, utilizarea protecției anticorozive standard sau utilizarea metalelor cu rezistență ridicată la coroziune nu este întotdeauna posibilă.

Soluția optimă în astfel de cazuri este pasivarea - este o metodă relativ accesibilă și eficientă de protejare a metalelor de diferite tipuri. Conform unor calcule, un electrod cu un inhibitor selectat corespunzător poate fi suficient pentru a proteja împotriva coroziunii o conductă subterană de 8 kilometri. În ceea ce privește dezavantajele, acestea se exprimă în complexitatea tehnică a utilizării metodelor de pasivare electrochimică în principiu.