Пасивирането е Процесът на пасивиране на металите означава създаване на тънки филми върху повърхността с цел предпазване от корозия

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Традиционните методи за защита на металите от корозия са все по-малко вероятно да отговарят на техническите изисквания, които се прилагат към експлоатационните свойства на критичните структури и материали. Носещите греди в рамки на къщи, тръбопроводи и метални облицовки не могат само без механична защита от ръжда, когато става въпрос за дългосрочна употреба на продукта. По-ефективен подход за защита от корозия е електрохимичният метод и по-специално пасивирането. Това е един от начините за използване на активни разтвори, които образуват защитен и изолационен филм върху повърхността на детайла.

Преглед на технологиите

Пасивирането трябва да се разбира като процес на образуване на тънък филм върху метална повърхност, чиято структурахарактеризиращ се с висока устойчивост. Освен това функциите на това покритие могат да бъдат различни - например в електролитите на акумулатора то не само удължава експлоатационния живот на електродите, но и намалява интензивността на саморазряда. От гледна точка на защитата от корозия, пасивирането е начин за повишаване на устойчивостта на материала към агресивна среда, която провокира развитието на ръжда. Същият механизъм на образуване на защитно-изолационно покритие може да бъде различен. Електрохимичните и химичните методи са коренно различни, но и в двата случая крайният резултат ще бъде преминаването на външната структура на детайла в химически неактивно състояние.

Принцип на електрохимична антикорозионна защита

Ключовият фактор при електрохимичната пасивация е ефектът на външен ток върху целевата повърхност. В момента на преминаване на катодния ток през корозиращата метална конструкция, неговият потенциал се променя в отрицателна посока, което също променя естеството на процеса на йонизация на молекулите на детайла. При условия на анодно излагане от страната на външен поляризатор (типично за киселинни среди) може да се наложи увеличаване на тока. Това е необходимо за потискане на поляризатора и впоследствие постигане на пълна антикорозионна защита. Въпреки това, с повишена пасивация на повърхността поради външен ток, отделянето на водород се увеличава, което води до хидрогениране на метала. В резултат на това започва процесът на разтваряне на водорода в металната конструкция, последван от влошаване на физическите свойства на детайла.

Катодметод на защита

Това е вид електрохимична антикорозионна изолация, която използва техниката на прилагане на катоден ток. Но този метод може да се приложи по различни начини. Например, в някои случаи в производството се осигурява достатъчно изместване на потенциала чрез свързване на детайла към външен източник на ток като катод. Анодът е инертен спомагателен електрод. Този метод извършва пасивиране на шевовете след заваряване, защитава метални платформи на сондажни конструкции и подземни тръбопроводи. Предимствата на метода на катодна пасивация включват ефективност при потискане на различни видове корозионни процеси.

В допълнение към общото увреждане от ръжда, се предотвратяват образуването на дупки и междукристалната корозия. Практикуват се и такива методи на катодно електрохимично действие като защитно и галванично. Основната характеристика на тези подходи е използването на по-електроотрицателен метал като поляризатор. Този елемент е в контакт със защитения продукт и действа като анод, като се разрушава по време на работа. Подобни методи обикновено се използват при изолация на малки конструкции, части от сгради и конструкции.

Метод на анодна защита

При анодна изолация на метални части потенциалът се измества в положителна посока, което също допринася за устойчивостта на повърхността към корозионни процеси. Част от енергията на приложения аноден ток се изразходва за йонизация на металамолекули, а другата част - за потискане на катодната реакция.

Сред негативните фактори на този подход е високата скорост на разтваряне на метала, която е несравнима със скоростта на намаляване на корозионната реакция. От друга страна, много ще зависи от метала, върху който се прилага пасивиране. Това могат да бъдат както активно разтварящи се материали, така и части с непълни електронни слоеве, чиято структура в пасивно състояние също допринася за реакциите на спиране и разрушаване. Но във всеки случай, за да се постигне значителен ефект от антикорозионната защита, е необходимо използването на големи анодни токове.

От тази гледна точка този метод не е препоръчително да се използва за краткосрочна поддръжка на изолацията, но ниските енергийни разходи за поддържане на насложения ток напълно оправдават анодното пасивиране. Между другото, формираната система за защита в бъдеще изисква сила на тока от само 10-3 A/m2.

Използване на химически инхибитори

Алтернативен технологичен подход за повишаване на устойчивостта на металите при работа в агресивна среда. Инхибиторите осигуряват химическа пасивация, която намалява интензивността на разтваряне на металите и в различна степен елиминира вредните ефекти от корозионните увреждания.

Сами по себе си инхибиторът в известен смисъл е аналог на насложения ток, но с химично или електрохимично комбинирано действие. Органичните и неорганичните вещества действат като активатори на защитния филм и по-често -специално подбрани комплексни съединения. Въвеждането на инхибитор в агресивна среда причинява промени в структурата на металната повърхност, засягайки кинетичните електродни реакции.

Ефективността на защитата ще зависи от вида на метала, външните условия и продължителността на целия процес. По този начин, в дългосрочен план, пасивирането на неръждаема стомана ще изисква повече енергийни ресурси за противодействие на агресивна среда, отколкото в случая на месинг или желязо. Но механизмът на действие на самия инхибитор все пак ще играе ключова роля.

Инхибитори-пасиватори

Активна защита от корозия според принципите на формиране на пасивно съпротивление може да се формира от различни инхибитори. По този начин широко се използват адсорбционни съединения под формата на аниони, катиони и неутрални молекули, които могат да имат химичен и електростатичен ефект върху метална повърхност. Това са универсални средства за антикорозионна защита, но ефектът им е намален в среди, където доминира кислородната поляризация. Например, за пасивиране на неръждаема стомана трябва да се използва специален инхибитор с окислителни свойства. Те включват молибдати, нитрити и хромати, които създават оксиден филм с положително поляризационно изместване, достатъчно за освобождаване на кислородни молекули. На повърхността на метала се получава хемосорбция на получените кислородни атоми, блокирайки най-активните зони на покритието и създавайки допълнителен потенциал за забавяне на реакцията на разтваряне на металната структура.

Използването на пасивиране в защитата на полупроводниците

Работата на полупроводникови елементи под високо напрежение изисква специален подход към защитата от корозия. Във връзка с такива случаи пасивирането на метала се изразява в кръгово изолиране на активната област на детайла. Електрическа ръбова защита се формира с помощта на диоди и биполярни транзистори. Планарното пасивиране включва създаването на защитен пръстен, както и покриване на кристалната повърхност със стъкло. Друг метод на меза пасивиране включва образуването на жлеб, за да се увеличи максимално допустимото ниво на напрежение върху повърхността на структурен метален кристал.

Модификация на антикорозионно фолио

Покритието, образувано в резултат на пасивиране, позволява различни допълнителни подсилвания. Това може да бъде покритие, хромиране, боядисване и създаване на консервационен филм. Използват се и методи за спомагателно укрепване на антикорозионната защита като такава. За цинкови покрития се разработват специални решения на базата на полимерни и хромови компоненти. За обикновена поцинкована кофа могат да се използват промиващи нереактивни добавки.

Заключение

Корозията е разрушителен процес, който може да се прояви по различни начини, но във всеки отделен случай допринася за влошаване на определени експлоатационни свойства на метала. Възможно е да се изключи възникването на такива процеси по различни начини, както и използването на благородни метали, които се характеризират с първоначално намаленачувствителност към ръжда. Въпреки това, поради определени финансови и технологични причини, използването на стандартна антикорозионна защита или използването на метали с висока устойчивост на корозия не винаги е възможно.

Оптималното решение в такива случаи е пасивирането - това е сравнително достъпен и ефективен метод за защита на метали от различни видове. Според някои изчисления един електрод с правилно подбран инхибитор може да бъде достатъчен за защита от корозия на 8-километров подземен тръбопровод. Що се отнася до недостатъците, те се изразяват в техническата сложност на използването на електрохимични методи за пасивиране по принцип.