Passiveerimine on Metallide passiveerimise protsess tähendab õhukeste kilede teket pinnale, et kaitsta korrosiooni eest

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Traditsioonilised meetodid metallide korrosiooni eest kaitsmiseks vastavad üha harvemini tehnilistele nõuetele, mis kehtivad kriitiliste konstruktsioonide ja materjalide toimivusomaduste kohta. Majakarkassides, torujuhtmetes ja metallvooderdis olevad kandetalad ei saa toote pikaajalisel kasutamisel läbi ainuüksi mehaanilise roostekaitseta. Tõhusam lähenemine korrosioonikaitsele on elektrokeemiline meetod ja eelkõige passiveerimine. See on üks viise kasutada aktiivlahuseid, mis moodustavad töödeldava detaili pinnale kaitsva ja isoleeriva kile.

Tehnoloogia ülevaade

Passiveerimise all tuleks mõista protsessi, mille käigus moodustub metallpinnale õhuke kile, mille struktuuriseloomustab kõrge vastupidavus. Pealegi võivad selle katte funktsioonid olla erinevad - näiteks aku elektrolüütide puhul ei pikenda see mitte ainult elektroodide kasutusiga, vaid vähendab ka isetühjenemise intensiivsust. Korrosioonikaitse seisukoh alt on passiveerimine viis, kuidas suurendada materjali vastupidavust agressiivsele keskkonnale, mis kutsub esile rooste teket. Sama kaitse-isolatsioonikatte moodustamise mehhanism võib olla erinev. Elektrokeemilised ja keemilised meetodid on põhimõtteliselt erinevad, kuid mõlemal juhul on lõpptulemuseks tooriku välisstruktuuri üleminek keemiliselt mitteaktiivsesse olekusse.

Elektrokeemilise korrosioonivastase kaitse põhimõte

Elektrokeemilise passiveerimise võtmetegur on välisvoolu mõju sihtpinnale. Katoodivoolu läbimise hetkel läbi korrodeeriva metallkonstruktsiooni muutub selle potentsiaal negatiivses suunas, mis muudab ka tooriku molekulide ionisatsiooniprotsessi olemust. Anoodilise kokkupuute tingimustes välise polarisaatori küljelt (tüüpiline happekeskkonnale), võib olla vajalik voolu suurendamine. See on vajalik polarisaatori mahasurumiseks ja seejärel täieliku korrosioonivastase kaitse saavutamiseks. Pinna suurenenud passiveerumisega välisvoolu tõttu suureneb aga vesiniku eraldumine, mis viib metalli hüdrogeenimiseni. Selle tulemusena algab metallkonstruktsioonis vesiniku lahustumisprotsess, millele järgneb tooriku füüsikaliste omaduste halvenemine.

Katoodkaitsemeetod

See on omamoodi elektrokeemiline korrosioonivastane isolatsioon, mis kasutab katoodvoolu rakendamise tehnikat. Kuid seda meetodit saab rakendada erineval viisil. Näiteks teatud juhtudel tootmises tagatakse piisav potentsiaali nihe, ühendades detaili katoodina välise vooluallikaga. Anood on inertne abielektrood. See meetod teostab õmbluste passiveerimist pärast keevitamist, kaitseb puurkonstruktsioonide ja maa-aluste torustike metallplatvorme. Katoodpassiveerimise meetodi eeliste hulka kuulub tõhusus erinevat tüüpi korrosiooniprotsesside mahasurumisel.

Lisaks üldistele roostekahjustustele välditakse täppide tekkimist ja teradevahelist korrosiooni. Praktiseeritakse ka selliseid katoodse elektrokeemilise toime meetodeid nagu kaitse- ja galvaaniline toime. Nende lähenemisviiside peamine omadus on elektronegatiivsema metalli kasutamine polarisaatorina. See element puutub kokku kaitstud tootega ja toimib anoodina, mis töö käigus hävib. Sarnaseid meetodeid kasutatakse tavaliselt ka väikekonstruktsioonide, hooneosade ja rajatiste soojustamisel.

Anoodikaitsemeetod

Metallosade anoodse isolatsiooni korral nihkub potentsiaal positiivses suunas, mis aitab kaasa ka pinna vastupidavusele korrosiooniprotsessidele. Osa rakendatud anoodivoolu energiast kulub metalli ioniseerimiselemolekulid ja teine osa - katoodreaktsiooni mahasurumiseks.

Selle lähenemisviisi negatiivsete tegurite hulgas on metalli kõrge lahustumiskiirus, mis on võrreldamatu korrosioonireaktsiooni vähenemise kiirusega. Teisest küljest sõltub palju metallist, millele passiveerimine rakendatakse. Need võivad olla nii aktiivselt lahustuvad materjalid kui ka mittetäielike elektrooniliste kihtidega osad, mille struktuur passiivses olekus aitab kaasa ka pidurdus- ja hävimisreaktsioonidele. Kuid igal juhul on korrosioonivastase kaitse olulise mõju saavutamiseks vaja kasutada suuri anoodvoolusid.

Sellest vaatenurgast ei ole seda meetodit soovitatav kasutada isolatsiooni lühiajaliseks hooldamiseks, kuid madalad energiakulud katva voolu säilitamiseks õigustavad täielikult anoodset passiveerimist. Muide, moodustatud kaitsesüsteem vajab tulevikus voolutugevust vaid 10-3 A/m2.

Keemiliste inhibiitorite kasutamine

Alternatiivne tehnoloogiline lähenemisviis metallide vastupidavuse suurendamiseks agressiivses keskkonnas töötamisel. Inhibiitorid tagavad keemilise passiveerimise, mis vähendab metallide lahustumise intensiivsust ja erineval määral kõrvaldab korrosioonikahjustuste kahjulikud mõjud.

Iseenesest on inhibiitor teatud mõttes pealepandud voolu analoog, kuid keemilise või elektrokeemilise kombineeritud toimega. Orgaanilised ja anorgaanilised ained toimivad kaitsekile aktivaatoritena ja sagedamini -spetsiaalselt valitud kompleksühendid. Inhibiitori sattumine agressiivsesse keskkonda põhjustab muutusi metallpinna struktuuris, mõjutades kineetiliste elektroodide reaktsioone.

Kaitse tõhusus sõltub metalli tüübist, välistingimustest ja kogu protsessi kestusest. Seega nõuab roostevaba terase passiveerimine pikemas perspektiivis rohkem energiaressursse agressiivse keskkonna vastu võitlemiseks kui messingi või raua puhul. Kuid võtmerolli mängib ikkagi inhibiitori enda toimemehhanism.

Inhibiitorid-passiivaatorid

Aktiivset korrosioonikaitset vastav alt passiivse takistuse kujunemise põhimõtetele saab moodustada erinevate inhibiitoritega. Seega kasutatakse laialdaselt anioonide, katioonide ja neutraalsete molekulide kujul olevaid adsorptsiooniühendeid, mis võivad metalli pinnale avaldada keemilist ja elektrostaatilist toimet. Need on universaalsed korrosioonivastase kaitse vahendid, kuid nende mõju väheneb keskkondades, kus domineerib hapniku polarisatsioon. Näiteks roostevaba terase passiivistamiseks tuleb kasutada spetsiaalset oksüdeerivate omadustega inhibiitorit. Nende hulka kuuluvad molübdaadid, nitritid ja kromaadid, mis loovad hapnikumolekulide vabastamiseks piisava positiivse polarisatsiooninihkega oksiidkile. Metalli pinnal toimub tekkivate hapnikuaatomite kemisorptsioon, mis blokeerib katte kõige aktiivsemad alad ja loob täiendava potentsiaali aeglustada metallstruktuuri lahustumisreaktsiooni.

Passiveerimise kasutamine pooljuhtide kaitsmisel

Pooljuhtelementide töö kõrgepingel nõuab erilist lähenemist korrosioonikaitsele. Sellistel juhtudel väljendub metalli passiveerimine detaili aktiivse piirkonna ringikujulises isolatsioonis. Elektriline servakaitse moodustatakse dioodide ja bipolaarsete transistoride abil. Tasapinnaline passiveerimine hõlmab kaitserõnga loomist, samuti kristalse pinna katmist klaasiga. Teine mesa passiveerimise meetod hõlmab soone moodustamist, et suurendada metallkonstruktsiooni kristalli pinnal maksimaalset lubatud pingetaset.

Korrosioonivastase kile muutmine

Passiveerimise tulemusena moodustunud kate võimaldab mitmesugust täiendavat tugevdamist. See võib olla plaatimine, kroomimine, värvimine ja kaitsekile loomine. Kasutatakse ka korrosioonivastase kaitse kui sellise abitugevdamise meetodeid. Tsinkkatete jaoks töötatakse välja spetsiaalsed lahendused, mis põhinevad polümeeri- ja kroomikomponentidel. Tavalise tsingitud ämbri puhul võib kasutada loputusaineid mittereageerivaid lisandeid.

Järeldus

Korrosioon on hävitav protsess, mis võib avalduda erineval viisil, kuid igal juhul aitab see kaasa metalli teatud tööomaduste halvenemisele. Selliste protsesside esinemist on võimalik mitmel viisil välistada, samuti väärismetallide kasutamist, mida iseloomustab algselt vähenenudroostetundlikkus. Teatud rahalistel ja tehnoloogilistel põhjustel ei ole aga standardse korrosioonivastase kaitse või kõrge korrosioonikindlusega metallide kasutamine alati võimalik.

Optimaalne lahendus sellistel juhtudel on passiveerimine – see on suhteliselt soodne ja tõhus meetod erinevat tüüpi metallide kaitsmiseks. Mõnede arvutuste kohaselt võib 8-kilomeetrise maa-aluse torujuhtme korrosiooni eest kaitsmiseks piisata ühest õigesti valitud inhibiitoriga elektroodist. Mis puudutab puudusi, siis need väljenduvad elektrokeemiliste passiveerimismeetodite põhimõttelise kasutamise tehnilises keerukuses.