Passivering er Processen med passivering af metaller betyder, at der dannes tynde film på overfladen for at beskytte mod korrosion

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Traditionelle metoder til at beskytte metaller mod korrosion er mindre og mindre tilbøjelige til at opfylde de tekniske krav, der gælder for ydeevneegenskaberne for kritiske strukturer og materialer. Lejebjælker i husrammer, rørledninger og metalbeklædninger kan ikke undvære mekanisk rustbeskyttelse alene, når det kommer til langvarig brug af produktet. En mere effektiv tilgang til korrosionsbeskyttelse er den elektrokemiske metode og især passivering. Dette er en af måderne at bruge aktive løsninger, der danner en beskyttende og isolerende film på overfladen af emnet.

Teknologioversigt

Passivation skal forstås som processen med at danne en tynd film på en metaloverflade, hvis strukturkendetegnet ved høj modstand. Desuden kan funktionerne af denne belægning være forskellige - for eksempel i batterielektrolytter forlænger det ikke kun elektrodernes levetid, men reducerer også intensiteten af selvafladning. Set fra et korrosionsbeskyttelsessynspunkt er passivering en måde at øge et materiales modstandsdygtighed over for et aggressivt miljø, der fremkalder udviklingen af rust. Den samme mekanisme til dannelse af en beskyttende isolerende belægning kan være anderledes. Elektrokemiske og kemiske metoder er fundament alt forskellige, men i begge tilfælde vil det endelige resultat være overgangen af den ydre struktur af emnet til en kemisk inaktiv tilstand.

Princippet for elektrokemisk anti-korrosionsbeskyttelse

Nøglefaktoren i elektrokemisk passivering er effekten af en ekstern strøm på måloverfladen. I det øjeblik, katodestrømmen passerer gennem den korroderende metalstruktur, ændres dens potentiale i den negative retning, hvilket også ændrer arten af processen med ionisering af emnemolekylerne. Under forhold med anodisk eksponering fra siden af en ekstern polarisator (typisk for sure medier), kan en stigning i strømmen være påkrævet. Dette er nødvendigt for at undertrykke polarisatoren og efterfølgende opnå fuld korrosionsbeskyttelse. Men med øget passivering af overfladen på grund af ekstern strøm øges frigivelsen af brint, hvilket fører til hydrogenering af metallet. Som et resultat begynder processen med hydrogenopløsning i metalstrukturen, efterfulgt af en forringelse af arbejdsemnets fysiske egenskaber.

Katodebeskyttelsesmetode

Dette er en slags elektrokemisk anti-korrosionsisolering, der bruger teknikken til at påføre katodisk strøm. Men denne metode kan implementeres på forskellige måder. For eksempel er der i nogle tilfælde i produktionen tilvejebragt et tilstrækkeligt potentialeskift ved at forbinde delen til en ekstern strømkilde som en katode. Anoden er en inert hjælpeelektrode. Denne metode udfører passivering af sømme efter svejsning, beskytter metalplatforme af borestrukturer og underjordiske rørledninger. Fordelene ved den katodisk passiveringsmetode omfatter effektivitet i at undertrykke forskellige typer korrosionsprocesser.

Ud over generelle rustskader forhindres grubetæring og intergranulær korrosion. Sådanne metoder til katodisk elektrokemisk virkning som beskyttende og galvaniske praktiseres også. Hovedtræk ved disse tilgange er brugen af et mere elektronegativt metal som en polarisator. Dette element er i kontakt med det beskyttede produkt og fungerer som en anode, der ødelægges under operationen. Lignende metoder bruges norm alt ved isolering af små konstruktioner, dele af bygninger og konstruktioner.

Anodebeskyttelsesmetode

Med anodisk isolering af metaldele forskydes potentialet i positiv retning, hvilket også bidrager til overfladens modstand mod korrosionsprocesser. En del af energien af den påførte anodestrøm bruges på ionisering af metalmolekyler og den anden del - for at undertrykke den katodiske reaktion.

Blandt de negative faktorer ved denne fremgangsmåde er den høje opløsningshastighed af metallet, som er uforlignelig med hastigheden af reduktion af korrosionsreaktionen. På den anden side vil meget afhænge af det metal, som passiveringen påføres. Disse kan både være aktivt opløselige materialer og dele med ufuldstændige elektroniske lag, hvis struktur i passiv tilstand også bidrager til bremse- og ødelæggelsesreaktioner. Men under alle omstændigheder, for at opnå en væsentlig effekt af korrosionsbeskyttelse, er brugen af store anodestrømme påkrævet.

Fra dette synspunkt er denne metode ikke tilrådelig at bruge til kortvarig vedligeholdelse af isolering, men lave energiomkostninger til at opretholde den overlejrede strøm retfærdiggør fuldt ud anodisk passivering. I øvrigt kræver det dannede beskyttelsessystem i fremtiden en strømstyrke på kun 10-3 A/m2.

Brug af kemiske inhibitorer

En alternativ teknologisk tilgang til at øge modstanden af metaller ved drift i aggressive miljøer. Inhibitorer giver kemisk passivering, som reducerer intensiteten af opløsning af metaller og i varierende grad eliminerer de skadelige virkninger af korrosionsskader.

I sig selv er en inhibitor på en måde en analog af den overlejrede strøm, men med en kemisk eller elektrokemisk kombineret virkning. Organiske og uorganiske stoffer fungerer som aktivatorer af den beskyttende film, og oftere -særligt udvalgte komplekse forbindelser. Introduktionen af en inhibitor i et aggressivt miljø forårsager ændringer i strukturen af metaloverfladen, hvilket påvirker de kinetiske elektrodereaktioner.

Effektiviteten af beskyttelsen vil afhænge af typen af metal, ydre forhold og varigheden af hele processen. Passivering af rustfrit stål vil således på sigt kræve flere energiressourcer for at modvirke et aggressivt miljø end i tilfælde af messing eller jern. Men selve hæmmerens virkningsmekanisme vil stadig spille en nøglerolle.

Inhibitors-passivators

Aktiv korrosionsbeskyttelse i henhold til principperne for dannelse af passiv modstand kan dannes af forskellige inhibitorer. Således er adsorptionsforbindelser i form af anioner, kationer og neutrale molekyler meget brugt, som kan have en kemisk og elektrostatisk effekt på en metaloverflade. Disse er universelle midler til anti-korrosionsbeskyttelse, men deres virkning er reduceret i miljøer, hvor iltpolarisering dominerer. For eksempel skal der bruges en speciel inhibitor med oxiderende egenskaber til at passivere rustfrit stål. Disse omfatter molybdater, nitritter og kromater, som skaber en oxidfilm med et positivt polarisationsskift, der er tilstrækkeligt til at frigive oxygenmolekyler. På overfladen af metallet forekommer kemisorption af de resulterende oxygenatomer, hvilket blokerer de mest aktive områder af belægningen og skaber et yderligere potentiale til at bremse opløsningsreaktionen af metalstrukturen.

Brugen af passivering til beskyttelse af halvledere

Betjening af halvlederelementer under højspænding kræver en særlig tilgang til korrosionsbeskyttelse. I forhold til sådanne tilfælde udtrykkes passiveringen af metallet i den cirkulære isolation af delens aktive region. En elektrisk kantbeskyttelse dannes ved hjælp af dioder og bipolære transistorer. Plan passivering involverer skabelsen af en beskyttende ring samt belægning af den krystallinske overflade med glas. En anden metode til mesa-passivering involverer dannelsen af en rille for at øge det maksim alt tilladte spændingsniveau på overfladen af en strukturel metalkrystal.

Ændring af anti-korrosionsfilm

Belægningen dannet som et resultat af passivering tillader en række yderligere forstærkninger. Dette kan være plettering, forkromning, maling og fremstilling af en konserveringsfilm. Metoder til hjælpeforstærkning af korrosionsbeskyttelse som sådan anvendes også. Til zinkbelægninger udvikles specielle løsninger baseret på polymer- og kromkomponenter. Til en almindelig galvaniseret spand kan der bruges skylende ikke-reaktive additiver.

Konklusion

Korrosion er en destruktiv proces, der kan manifestere sig på forskellige måder, men i hvert tilfælde bidrager det til forringelsen af visse operationelle egenskaber af metallet. Det er muligt at udelukke forekomsten af sådanne processer på forskellige måder, såvel som brugen af ædelmetaller, som er karakteriseret ved en indledningsvis reduceretrustfølsomhed. Men på grund af visse økonomiske og teknologiske årsager er det ikke altid muligt at bruge standard anti-korrosionsbeskyttelse eller brug af metaller med høj korrosionsbestandighed.

Den optimale løsning i sådanne tilfælde er passivering - det er en relativt overkommelig og effektiv metode til at beskytte metaller af forskellige typer. Ifølge nogle beregninger kan en elektrode med en korrekt valgt inhibitor være nok til at beskytte en 8-kilometer underjordisk rørledning mod korrosion. Hvad angår ulemperne, kommer de til udtryk i den tekniske kompleksitet ved at anvende elektrokemiske passiveringsmetoder i princippet.