Pasivācija ir Metālu pasivēšanas process nozīmē plānu kārtiņu veidošanos uz virsmas, lai aizsargātu pret koroziju

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Tradicionālās metodes metālu aizsardzībai pret koroziju arvien retāk atbilst tehniskajām prasībām, kas attiecas uz kritisko konstrukciju un materiālu ekspluatācijas īpašībām. Māju karkasu, cauruļvadu un metāla apšuvuma gultņu sijas nevar iztikt bez mehāniskās rūsas aizsardzības vien, ja runa ir par izstrādājuma ilgtermiņa lietošanu. Efektīvāka pieeja aizsardzībai pret koroziju ir elektroķīmiskā metode un jo īpaši pasivēšana. Šis ir viens no veidiem, kā izmantot aktīvos šķīdumus, kas veido aizsargājošu un izolējošu plēvi uz sagataves virsmas.

Tehnoloģiju pārskats

Pasivācija jāsaprot kā process, kurā uz metāla virsmas veidojas plāna kārtiņa, kuras struktūraraksturīga augsta pretestība. Turklāt šī pārklājuma funkcijas var būt dažādas - piemēram, akumulatora elektrolītos tas ne tikai pagarina elektrodu kalpošanas laiku, bet arī samazina pašizlādes intensitāti. No korozijas aizsardzības viedokļa pasivēšana ir veids, kā palielināt materiāla izturību pret agresīvu vidi, kas provocē rūsas veidošanos. Tas pats aizsargpārklājuma veidošanās mehānisms var būt atšķirīgs. Elektroķīmiskās un ķīmiskās metodes būtiski atšķiras, taču abos gadījumos gala rezultāts būs sagataves ārējās struktūras pāreja uz ķīmiski neaktīvu stāvokli.

Elektroķīmiskās pretkorozijas aizsardzības princips

Galvenais faktors elektroķīmiskajā pasivācijā ir ārējās strāvas ietekme uz mērķa virsmu. Katoda strāvai izejot cauri korodējošajai metāla struktūrai, tās potenciāls mainās negatīvā virzienā, kas arī maina sagataves molekulu jonizācijas procesa raksturu. Anodiskās iedarbības apstākļos no ārējā polarizatora puses (tipiski skābām vidēm), var būt nepieciešams palielināt strāvu. Tas ir nepieciešams, lai nomāktu polarizatoru un pēc tam panāktu pilnīgu pretkorozijas aizsardzību. Tomēr, palielinoties virsmas pasivēšanai ārējās strāvas dēļ, palielinās ūdeņraža izdalīšanās, kas noved pie metāla hidrogenēšanas. Rezultātā sākas ūdeņraža šķīdināšanas process metāla konstrukcijā, kam seko sagataves fizikālo īpašību pasliktināšanās.

Katodsaizsardzības metode

Šī ir sava veida elektroķīmiska pretkorozijas izolācija, kurā tiek izmantota katoda strāvas pielietošanas tehnika. Bet šo metodi var īstenot dažādos veidos. Piemēram, dažos gadījumos ražošanā tiek nodrošināta pietiekama potenciāla nobīde, pieslēdzot daļu ārējam strāvas avotam kā katodu. Anods ir inerts palīgelektrods. Šī metode veic šuvju pasivēšanu pēc metināšanas, aizsargā urbšanas konstrukciju un pazemes cauruļvadu metāla platformas. Katodiskās pasivācijas metodes priekšrocības ietver efektivitāti dažādu veidu korozijas procesu slāpēšanā.

Papildus vispārējiem rūsas bojājumiem tiek novērsta punktveida un starpkristālu korozija. Tiek praktizētas arī tādas katoda elektroķīmiskās iedarbības metodes kā aizsargājoša un galvaniska. Šo pieeju galvenā iezīme ir vairāk elektronnegatīva metāla izmantošana kā polarizators. Šis elements ir saskarē ar aizsargāto produktu un darbojas kā anods, kas darbības laikā tiek iznīcināts. Līdzīgas metodes parasti izmanto, izolējot nelielas konstrukcijas, ēku daļas un būves.

Anoda aizsardzības metode

Ar anodisku metāla detaļu izolāciju potenciāls nobīdās pozitīvā virzienā, kas arī veicina virsmas izturību pret korozijas procesiem. Daļa pielietotās anoda strāvas enerģijas tiek tērēta metāla jonizācijaimolekulas, bet otra daļa - lai nomāktu katoda reakciju.

Viens no šīs pieejas negatīvajiem faktoriem ir lielais metāla šķīšanas ātrums, kas nav salīdzināms ar korozijas reakcijas samazināšanās ātrumu. No otras puses, daudz kas būs atkarīgs no metāla, kuram tiek piemērota pasivēšana. Tie var būt gan aktīvi šķīstoši materiāli, gan detaļas ar nepilnīgiem elektroniskajiem slāņiem, kuru struktūra pasīvā stāvoklī arī veicina bremzēšanas un iznīcināšanas reakcijas. Bet jebkurā gadījumā, lai panāktu būtisku pretkorozijas aizsardzības efektu, ir jāizmanto lielas anoda strāvas.

No šī viedokļa šo metodi nav ieteicams izmantot īslaicīgai izolācijas uzturēšanai, tomēr zemās enerģijas izmaksas, lai uzturētu virsstrāvu, pilnībā attaisno anodisko pasivāciju. Starp citu, izveidotajai aizsardzības sistēmai nākotnē nepieciešama strāvas stiprums tikai 10-3 A/m2.

Ķīmisko inhibitoru lietošana

Alternatīva tehnoloģiska pieeja metālu pretestības palielināšanai, darbojoties agresīvā vidē. Inhibitori nodrošina ķīmisko pasivāciju, kas samazina metālu šķīdināšanas intensitāti un dažādās pakāpēs novērš korozijas bojājumu kaitīgo ietekmi.

Pats par sevi inhibitors savā ziņā ir uzliktās strāvas analogs, bet ar ķīmisku vai elektroķīmisku kombinētu darbību. Organiskās un neorganiskās vielas darbojas kā aizsargplēves aktivatori, un biežāk -īpaši atlasīti kompleksie savienojumi. Inhibitora ievadīšana agresīvā vidē izraisa izmaiņas metāla virsmas struktūrā, ietekmējot kinētisko elektrodu reakcijas.

Aizsardzības efektivitāte būs atkarīga no metāla veida, ārējiem apstākļiem un visa procesa ilguma. Tādējādi ilgtermiņā nerūsējošā tērauda pasivēšanai būs nepieciešams vairāk enerģijas resursu, lai neitralizētu agresīvu vidi nekā misiņa vai dzelzs gadījumā. Taču galvenā loma joprojām būs paša inhibitora darbības mehānismam.

Inhibitori-pasivatori

Aktīvo korozijas aizsardzību atbilstoši pasīvās pretestības veidošanas principiem var veidot dažādi inhibitori. Tādējādi plaši tiek izmantoti adsorbcijas savienojumi anjonu, katjonu un neitrālu molekulu veidā, kas var ķīmiski un elektrostatiski iedarboties uz metāla virsmu. Tie ir universāli pretkorozijas aizsardzības līdzekļi, taču to iedarbība samazinās vidēs, kur dominē skābekļa polarizācija. Piemēram, nerūsējošā tērauda pasivēšanai jāizmanto īpašs inhibitors ar oksidējošām īpašībām. Tajos ietilpst molibdāti, nitrīti un hromāti, kas veido oksīda plēvi ar pozitīvu polarizācijas nobīdi, kas ir pietiekama, lai atbrīvotu skābekļa molekulas. Uz metāla virsmas notiek iegūto skābekļa atomu ķīmiskā sorbcija, bloķējot pārklājuma aktīvākās zonas un radot papildu potenciālu palēnināt metāla struktūras šķīšanas reakciju.

Pasivizācijas izmantošana pusvadītāju aizsardzībā

Pusvadītāju elementu darbībai zem augsta sprieguma nepieciešama īpaša pieeja aizsardzībai pret koroziju. Saistībā ar šādiem gadījumiem metāla pasivēšana tiek izteikta detaļas aktīvā apgabala apļveida izolācijā. Elektrisko malu aizsardzību veido, izmantojot diodes un bipolāros tranzistorus. Plakanā pasivācija ietver aizsarggredzena izveidi, kā arī kristāliskās virsmas pārklāšanu ar stiklu. Cita meza pasivēšanas metode ietver rievas veidošanu, lai palielinātu maksimāli pieļaujamo sprieguma līmeni uz strukturāla metāla kristāla virsmas.

Pretkorozijas plēves modifikācija

Pasivēšanas rezultātā izveidotais pārklājums ļauj veikt dažādus papildu pastiprinājumus. Tas var būt pārklāšana, hromēšana, krāsošana un konservācijas plēves izveidošana. Tiek izmantotas arī pretkorozijas aizsardzības papildu nostiprināšanas metodes kā tādas. Cinka pārklājumiem tiek izstrādāti īpaši risinājumi, kuru pamatā ir polimēru un hroma komponenti. Parastajam cinkotajam spainim var izmantot skalošanas nereaģējošas piedevas.

Secinājums

Korozija ir destruktīvs process, kas var izpausties dažādi, taču katrā gadījumā tā veicina noteiktu metāla ekspluatācijas īpašību pasliktināšanos. Var dažādos veidos izslēgt šādu procesu rašanos, kā arī cēlmetālu izmantošanu, kam raksturīgs sākotnēji samazinātsrūsas jutība. Tomēr noteiktu finansiālu un tehnoloģisku iemeslu dēļ standarta pretkorozijas aizsardzības vai metālu ar augstu izturību pret koroziju izmantošana ne vienmēr ir iespējama.

Optimāls risinājums šādos gadījumos ir pasivēšana – tā ir salīdzinoši izdevīga un efektīva dažāda veida metālu aizsardzības metode. Pēc dažiem aprēķiniem, ar vienu elektrodu ar pareizi izvēlētu inhibitoru var pietikt, lai aizsargātu pret koroziju 8 kilometrus garu pazemes cauruļvadu līniju. Runājot par trūkumiem, tie izpaužas elektroķīmiskās pasivēšanas metožu izmantošanas principā tehniskajā sarežģītībā.