Pasivácia je Proces pasivácie kovov znamená vytváranie tenkých vrstiev na povrchu za účelom ochrany proti korózii

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Tradičné metódy ochrany kovov pred koróziou budú čoraz menej spĺňať technické požiadavky, ktoré sa vzťahujú na výkonové vlastnosti kritických štruktúr a materiálov. Nosné nosníky v rámoch domov, potrubí a kovových obkladov sa pri dlhodobom používaní výrobku nezaobídu len bez mechanickej ochrany proti korózii. Efektívnejším prístupom k ochrane proti korózii je elektrochemická metóda a najmä pasivácia. Toto je jeden zo spôsobov využitia aktívnych roztokov, ktoré na povrchu obrobku vytvárajú ochranný a izolačný film.

Prehľad technológií

Pasiváciu treba chápať ako proces vytvárania tenkého filmu na kovovom povrchu, ktorého štruktúravyznačujúca sa vysokou odolnosťou. Navyše funkcie tohto povlaku môžu byť rôzne - napríklad v elektrolytoch batérií nielen predlžuje životnosť elektród, ale tiež znižuje intenzitu samovybíjania. Pasivácia je z hľadiska ochrany proti korózii spôsob, ako zvýšiť odolnosť materiálu voči agresívnemu prostrediu, ktoré vyvoláva vznik hrdze. Rovnaký mechanizmus tvorby ochranného izolačného povlaku môže byť odlišný. Elektrochemické a chemické metódy sú zásadne odlišné, ale v oboch prípadoch bude konečným výsledkom prechod vonkajšej štruktúry obrobku do chemicky neaktívneho stavu.

Princíp elektrochemickej antikoróznej ochrany

Kľúčovým faktorom pri elektrochemickej pasivácii je vplyv vonkajšieho prúdu na cieľový povrch. V okamihu prechodu katódového prúdu cez korodujúcu kovovú konštrukciu sa jeho potenciál mení v negatívnom smere, čím sa mení aj charakter procesu ionizácie molekúl obrobku. V podmienkach anodickej expozície zo strany externého polarizátora (typického pre kyslé médiá) môže byť potrebné zvýšenie prúdu. Je to nevyhnutné pre potlačenie polarizátora a následné dosiahnutie plnej antikoróznej ochrany. So zvýšenou pasiváciou povrchu vplyvom vonkajšieho prúdu sa však zvyšuje uvoľňovanie vodíka, čo vedie k hydrogenácii kovu. V dôsledku toho sa začína proces rozpúšťania vodíka v kovovej štruktúre, po ktorom nasleduje zhoršenie fyzikálnych vlastností obrobku.

Katódaspôsob ochrany

Ide o druh elektrochemickej antikoróznej izolácie, ktorá využíva techniku aplikácie katódového prúdu. Ale táto metóda môže byť implementovaná rôznymi spôsobmi. Napríklad v niektorých prípadoch vo výrobe je dostatočný potenciálny posun zabezpečený pripojením dielu k externému zdroju prúdu ako katóde. Anóda je inertná pomocná elektróda. Táto metóda vykonáva pasiváciu švíkov po zváraní, chráni kovové plošiny vŕtacích konštrukcií a podzemných potrubí. Medzi výhody metódy katódovej pasivácie patrí účinnosť pri potláčaní rôznych typov koróznych procesov.

Okrem všeobecného poškodenia hrdzou sa predchádza jamkovej a medzikryštalickej korózii. Tiež sa praktizujú také metódy katódového elektrochemického pôsobenia, ako sú ochranné a galvanické. Hlavnou črtou týchto prístupov je použitie elektronegatívnejšieho kovu ako polarizátora. Tento prvok je v kontakte s chráneným produktom a pôsobí ako anóda, ktorá sa počas prevádzky zničí. Podobné metódy sa zvyčajne používajú pri izolácii malých stavieb, častí budov a stavieb.

Metóda ochrany anódou

Pri anodickej izolácii kovových častí sa potenciál posúva pozitívnym smerom, čo tiež prispieva k odolnosti povrchu voči koróznym procesom. Časť energie aplikovaného anódového prúdu sa minie na ionizáciu kovumolekuly a druhá časť - na potlačenie katódovej reakcie.

Medzi negatívne faktory tohto prístupu patrí vysoká rýchlosť rozpúšťania kovu, ktorá je neporovnateľná s rýchlosťou redukcie koróznej reakcie. Na druhej strane bude veľa závisieť od kovu, na ktorý sa pasivácia aplikuje. Môžu to byť aktívne sa rozpúšťajúce materiály a časti s neúplnými elektronickými vrstvami, ktorých štruktúra v pasívnom stave tiež prispieva k brzdným a deštruktívnym reakciám. Ale v každom prípade na dosiahnutie výrazného účinku antikoróznej ochrany je potrebné použitie veľkých anódových prúdov.

Z tohto hľadiska nie je vhodné túto metódu použiť na krátkodobú údržbu izolácie, avšak nízke energetické náklady na udržanie superponovaného prúdu plne odôvodňujú anodickú pasiváciu. Mimochodom, vytvorený ochranný systém v budúcnosti vyžaduje prúdovú silu iba 10-3 A/m2.

Používanie chemických inhibítorov

Alternatívny technologický prístup k zvýšeniu odolnosti kovov pri prevádzke v agresívnom prostredí. Inhibítory zabezpečujú chemickú pasiváciu, ktorá znižuje intenzitu rozpúšťania kovov a v rôznej miere eliminuje škodlivé účinky poškodenia koróziou.

Samotný inhibítor je v istom zmysle analógom superponovaného prúdu, ale s chemickým alebo elektrochemickým kombinovaným pôsobením. Organické a anorganické látky pôsobia ako aktivátory ochranného filmu a častejšie -špeciálne vybrané komplexné zlúčeniny. Zavedenie inhibítora do agresívneho prostredia spôsobuje zmeny v štruktúre kovového povrchu, čo ovplyvňuje kinetické elektródové reakcie.

Účinnosť ochrany bude závisieť od typu kovu, vonkajších podmienok a trvania celého procesu. Pasivácia nehrdzavejúcej ocele bude teda z dlhodobého hľadiska vyžadovať viac energetických zdrojov na pôsobenie proti agresívnemu prostrediu ako v prípade mosadze alebo železa. Ale kľúčovú úlohu bude stále hrať samotný mechanizmus účinku inhibítora.

Inhibítory-pasivátory

Aktívnu ochranu proti korózii podľa princípov tvorby pasívnej odolnosti môžu tvoriť rôzne inhibítory. Široko sa teda využívajú adsorpčné zlúčeniny vo forme aniónov, katiónov a neutrálnych molekúl, ktoré môžu mať chemický a elektrostatický účinok na kovový povrch. Ide o univerzálne prostriedky protikoróznej ochrany, ich účinok sa však znižuje v prostrediach, kde dominuje polarizácia kyslíka. Napríklad na pasiváciu nehrdzavejúcej ocele je potrebné použiť špeciálny inhibítor s oxidačnými vlastnosťami. Patria sem molybdénany, dusitany a chrómany, ktoré vytvárajú oxidový film s pozitívnym polarizačným posunom dostatočným na uvoľnenie molekúl kyslíka. Na povrchu kovu dochádza k chemisorpcii výsledných atómov kyslíka, čím sa blokujú najaktívnejšie oblasti povlaku a vytvára sa dodatočný potenciál na spomalenie reakcie rozpúšťania kovovej štruktúry.

Použitie pasivácie pri ochrane polovodičov

Prevádzka polovodičových prvkov pod vysokým napätím si vyžaduje špeciálny prístup k ochrane proti korózii. Vo vzťahu k takýmto prípadom je pasivácia kovu vyjadrená v kruhovej izolácii aktívnej oblasti dielu. Elektrická ochrana hrán je vytvorená pomocou diód a bipolárnych tranzistorov. Planárna pasivácia zahŕňa vytvorenie ochranného prstenca, ako aj potiahnutie kryštalického povrchu sklom. Ďalší spôsob pasivácie stolovej dosky zahŕňa vytvorenie drážky, aby sa zvýšila maximálna povolená úroveň napätia na povrchu konštrukčného kovového kryštálu.

Úprava antikoróznej fólie

Povlak vytvorený ako výsledok pasivácie umožňuje rôzne dodatočné vystuženie. Môže to byť pokovovanie, chrómovanie, lakovanie a vytváranie konzervačného filmu. Používajú sa aj metódy pomocného spevnenia antikoróznej ochrany ako takej. Pre zinkové povlaky sa vyvíjajú špeciálne riešenia na báze polymérových a chrómových zložiek. Pre bežné pozinkované vedro je možné použiť preplachovacie nereaktívne prísady.

Záver

Korózia je deštruktívny proces, ktorý sa môže prejavovať rôznymi spôsobmi, no v každom prípade prispieva k zhoršeniu určitých prevádzkových vlastností kovu. Výskyt takýchto procesov je možné vylúčiť rôznymi spôsobmi, ako aj použitie ušľachtilých kovov, ktoré sa vyznačujú spočiatku zníženýmcitlivosť na hrdzu. Z určitých finančných a technologických dôvodov však nie je vždy možné použiť štandardnú antikoróznu ochranu alebo použiť kovy s vysokou odolnosťou proti korózii.

Optimálnym riešením v takýchto prípadoch je pasivácia - je to relatívne cenovo dostupná a účinná metóda ochrany kovov rôznych typov. Podľa niektorých výpočtov môže jedna elektróda so správne zvoleným inhibítorom stačiť na ochranu 8-kilometrového podzemného potrubia pred koróziou. Pokiaľ ide o nevýhody, sú vyjadrené v technickej zložitosti použitia metód elektrochemickej pasivácie v princípe.