Passivasjon er Prosessen med passivering av metaller betyr dannelse av tynne filmer på overflaten for å beskytte mot korrosjon

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

Tradisjonelle metoder for å beskytte metaller mot korrosjon er mindre og mindre sannsynlige for å oppfylle de tekniske kravene som gjelder ytelsesegenskapene til kritiske strukturer og materialer. Bærebjelker i husrammer, rørledninger og metallkledninger klarer seg ikke uten mekanisk rustbeskyttelse alene når det gjelder langvarig bruk av produktet. En mer effektiv tilnærming til korrosjonsbeskyttelse er den elektrokjemiske metoden og spesielt passivering. Dette er en av måtene å bruke aktive løsninger som danner en beskyttende og isolerende film på overflaten av arbeidsstykket.

Teknologioversikt

Passivasjon skal forstås som prosessen med å danne en tynn film på en metalloverflate, hvis strukturpreget av høy motstand. Dessuten kan funksjonene til dette belegget være forskjellige - for eksempel i batterielektrolytter forlenger det ikke bare levetiden til elektrodene, men reduserer også intensiteten av selvutladning. Fra et synspunkt om korrosjonsbeskyttelse er passivering en måte å øke motstanden til et materiale mot et aggressivt miljø som provoserer utviklingen av rust. Den samme mekanismen for dannelse av et beskyttende isolerende belegg kan være forskjellig. Elektrokjemiske og kjemiske metoder er fundament alt forskjellige, men i begge tilfeller vil det endelige resultatet være overgangen av den ytre strukturen til arbeidsstykket til en kjemisk inaktiv tilstand.

Prinsipp for elektrokjemisk anti-korrosjonsbeskyttelse

Nøkkelfaktoren i elektrokjemisk passivering er effekten av en ekstern strøm på måloverflaten. I øyeblikket for passasje av katodestrømmen gjennom den korroderende metallstrukturen, endres dens potensial i negativ retning, noe som også endrer arten av prosessen med ionisering av arbeidsstykkets molekyler. Under forhold med anodisk eksponering fra siden av en ekstern polarisator (typisk for sure medier), kan en økning i strømmen være nødvendig. Dette er nødvendig for å undertrykke polarisatoren og deretter oppnå full korrosjonsbeskyttelse. Men med økt passivering av overflaten på grunn av ekstern strøm, øker frigjøringen av hydrogen, noe som fører til hydrogenering av metallet. Som et resultat begynner prosessen med hydrogenoppløsning i metallstrukturen, etterfulgt av en forringelse av de fysiske egenskapene til arbeidsstykket.

Katodebeskyttelsesmetode

Dette er en slags elektrokjemisk anti-korrosjonsisolasjon som bruker teknikken for å påføre katodisk strøm. Men denne metoden kan implementeres på forskjellige måter. For eksempel, i noen tilfeller i produksjon, tilveiebringes et tilstrekkelig potensialskifte ved å koble delen til en ekstern strømkilde som en katode. Anoden er en inert hjelpeelektrode. Denne metoden utfører passivering av sømmer etter sveising, beskytter metallplattformer av borekonstruksjoner og underjordiske rørledninger. Fordelene med den katodisk passiveringsmetoden inkluderer effektivitet i å undertrykke ulike typer korrosjonsprosesser.

I tillegg til generelle rustskader, forhindres gropdannelse og intergranulær korrosjon. Slike metoder for katodisk elektrokjemisk virkning som beskyttende og galvaniske blir også praktisert. Hovedtrekket ved disse tilnærmingene er bruken av et mer elektronegativt metall som polarisator. Dette elementet er i kontakt med det beskyttede produktet og fungerer som en anode, og blir ødelagt under operasjonen. Lignende metoder brukes vanligvis ved isolering av små konstruksjoner, deler av bygninger og konstruksjoner.

Anodebeskyttelsesmetode

Med anodisk isolasjon av metalldeler forskyves potensialet i positiv retning, noe som også bidrar til overflatens motstand mot korrosjonsprosesser. En del av energien til den påførte anodestrømmen brukes på ionisering av metallmolekyler, og den andre delen - for å undertrykke den katodiske reaksjonen.

Blant de negative faktorene ved denne tilnærmingen er den høye oppløsningshastigheten til metallet, som er uforlignelig med hastigheten på reduksjonen av korrosjonsreaksjonen. På den annen side vil mye avhenge av metallet som passivering påføres. Disse kan både være aktivt oppløsende materialer og deler med ufullstendige elektroniske lag, hvis struktur i passiv tilstand også bidrar til bremse- og ødeleggelsesreaksjoner. Men uansett, for å oppnå en betydelig effekt av korrosjonsbeskyttelse, kreves det bruk av store anodestrømmer.

Fra dette synspunktet er denne metoden ikke tilrådelig å bruke for kortsiktig vedlikehold av isolasjon, men lave energikostnader for å opprettholde den overlagrede strømmen rettferdiggjør anodisk passivering fullt ut. Forresten, det dannede beskyttelsessystemet i fremtiden krever en strømstyrke på kun 10-3 A/m2.

Bruk av kjemiske hemmere

En alternativ teknologisk tilnærming for å øke motstanden til metaller når de opererer i aggressive miljøer. Inhibitorer gir kjemisk passivering, som reduserer intensiteten av oppløsning av metaller og i varierende grad eliminerer skadevirkningene av korrosjonsskader.

I seg selv er en inhibitor på en måte en analog av den overlagrede strømmen, men med en kjemisk eller elektrokjemisk kombinert virkning. Organiske og uorganiske stoffer fungerer som aktivatorer av beskyttelsesfilmen, og oftere -spesielt utvalgte komplekse forbindelser. Innføringen av en inhibitor i et aggressivt miljø forårsaker endringer i strukturen til metalloverflaten, og påvirker de kinetiske elektrodereaksjonene.

Effektiviteten av beskyttelse vil avhenge av typen metall, ytre forhold og varigheten av hele prosessen. Dermed vil passivering av rustfritt stål på sikt kreve mer energiressurser for å motvirke et aggressivt miljø enn når det gjelder messing eller jern. Men virkningsmekanismen til selve inhibitoren vil fortsatt spille en nøkkelrolle.

Inhibitors-passivators

Aktiv korrosjonsbeskyttelse i henhold til prinsippene for dannelse av passiv motstand kan dannes av forskjellige inhibitorer. Således er adsorpsjonsforbindelser i form av anioner, kationer og nøytrale molekyler mye brukt, som kan ha en kjemisk og elektrostatisk effekt på en metalloverflate. Disse er universelle midler for anti-korrosjonsbeskyttelse, men effekten er redusert i miljøer hvor oksygenpolarisering dominerer. For eksempel må en spesiell inhibitor med oksiderende egenskaper brukes for å passivere rustfritt stål. Disse inkluderer molybdater, nitritter og kromater, som skaper en oksidfilm med et positivt polarisasjonsskifte tilstrekkelig til å frigjøre oksygenmolekyler. På overflaten av metallet skjer kjemisorpsjon av de resulterende oksygenatomene, blokkerer de mest aktive områdene av belegget og skaper et ekstra potensial for å bremse oppløsningsreaksjonen av metallstrukturen.

Bruken av passivering i beskyttelsen av halvledere

Driften av halvlederelementer under høy spenning krever en spesiell tilnærming til korrosjonsbeskyttelse. I forhold til slike tilfeller uttrykkes passiveringen av metallet i den sirkulære isolasjonen av den aktive delen av delen. En elektrisk kantbeskyttelse dannes ved hjelp av dioder og bipolare transistorer. Planpassivering innebærer å lage en beskyttende ring, samt belegge den krystallinske overflaten med glass. En annen metode for mesa-passivering involverer dannelsen av et spor for å øke det maksim alt tillatte spenningsnivået på overflaten av en strukturell metallkrystall.

Endring av anti-korrosjonsfilm

Belegget dannet som et resultat av passivering tillater en rekke ekstra forsterkning. Dette kan være plettering, forkromning, maling og å lage en konserveringsfilm. Metoder for hjelpeforsterkning av korrosjonsbeskyttelse som sådan brukes også. For sinkbelegg utvikles spesialløsninger basert på polymer- og kromkomponenter. For en vanlig galvanisert spann kan skylle ikke-reaktive tilsetningsstoffer brukes.

Konklusjon

Korrosjon er en destruktiv prosess som kan manifestere seg på forskjellige måter, men i hvert tilfelle bidrar det til forringelse av visse driftsegenskaper til metallet. Det er mulig å utelukke forekomsten av slike prosesser på forskjellige måter, samt bruk av edelmetaller, som er preget av en i utgangspunktet redusertrustfølsomhet. På grunn av visse økonomiske og teknologiske årsaker er det imidlertid ikke alltid mulig å bruke standard anti-korrosjonsbeskyttelse eller bruk av metaller med høy korrosjonsbestandighet.

Den optimale løsningen i slike tilfeller er passivering – det er en relativt rimelig og effektiv metode for å beskytte metaller av ulike typer. I følge noen beregninger kan én elektrode med en riktig valgt inhibitor være nok til å beskytte mot korrosjon av en 8-kilometer underjordisk rørledning. Når det gjelder ulempene, kommer de til uttrykk i den tekniske kompleksiteten ved å bruke elektrokjemiske passiveringsmetoder i prinsippet.