Pasivace je Proces pasivace kovů znamená tvorbu tenkých filmů na povrchu za účelem ochrany proti korozi

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Tradiční metody ochrany kovů před korozí budou stále méně pravděpodobně splňovat technické požadavky, které se vztahují na výkonnostní vlastnosti kritických konstrukcí a materiálů. Nosné trámy v rámech domů, potrubí a kovových opláštění se při dlouhodobém používání výrobku neobejdou pouze bez mechanické ochrany proti korozi. Efektivnějším přístupem k ochraně proti korozi je elektrochemická metoda a zejména pasivace. Toto je jeden ze způsobů, jak využít aktivní roztoky, které tvoří ochranný a izolační film na povrchu obrobku.

Přehled technologie

Pasivaci je třeba chápat jako proces tvorby tenkého filmu na kovovém povrchu, jehož strukturavyznačující se vysokou odolností. Navíc funkce tohoto povlaku mohou být různé - například v elektrolytech baterií nejen prodlužuje životnost elektrod, ale také snižuje intenzitu samovybíjení. Pasivace je z hlediska ochrany proti korozi způsob, jak zvýšit odolnost materiálu vůči agresivnímu prostředí, které vyvolává vznik rzi. Stejný mechanismus tvorby ochranného izolačního povlaku může být odlišný. Elektrochemické a chemické metody se zásadně liší, ale v obou případech bude konečným výsledkem přechod vnější struktury obrobku do chemicky neaktivního stavu.

Princip elektrochemické antikorozní ochrany

Klíčovým faktorem elektrochemické pasivace je účinek vnějšího proudu na cílový povrch. V okamžiku průchodu katodového proudu korodující kovovou konstrukcí se jeho potenciál mění v negativním směru, čímž se mění i charakter procesu ionizace molekul obrobku. Za podmínek anodické expozice ze strany externího polarizátoru (typického pro kyselá média) může být vyžadováno zvýšení proudu. To je nutné pro potlačení polarizátoru a následné dosažení plné antikorozní ochrany. Se zvýšenou pasivací povrchu vlivem vnějšího proudu se však zvyšuje uvolňování vodíku, což vede k hydrogenaci kovu. V důsledku toho začíná proces rozpouštění vodíku v kovové struktuře, po kterém následuje zhoršení fyzikálních vlastností obrobku.

Katodametoda ochrany

Jedná se o druh elektrochemické antikorozní izolace, která využívá techniku aplikace katodového proudu. Ale tato metoda může být implementována různými způsoby. Například v některých případech ve výrobě je zajištěn dostatečný potenciálový posun připojením součásti k externímu zdroji proudu jako katodě. Anodou je inertní pomocná elektroda. Tato metoda provádí pasivaci švů po svařování, chrání kovové plošiny vrtných konstrukcí a podzemních potrubí. Mezi výhody metody katodické pasivace patří účinnost při potlačování různých typů korozních procesů.

Kromě obecného poškození rzí je zabráněno důlkové a mezikrystalové korozi. Také se praktikují takové metody katodického elektrochemického působení, jako je ochranná a galvanická. Hlavním rysem těchto přístupů je použití elektronegativnějšího kovu jako polarizátoru. Tento prvek je v kontaktu s chráněným výrobkem a funguje jako anoda, která se během provozu ničí. Podobné metody se obvykle používají při izolaci malých konstrukcí, částí budov a konstrukcí.

Metoda ochrany anody

S anodickou izolací kovových částí se potenciál posouvá kladným směrem, což také přispívá k odolnosti povrchu vůči korozním procesům. Část energie aplikovaného anodového proudu se spotřebuje na ionizaci kovumolekul a druhá část - k potlačení katodické reakce.

Mezi negativní faktory tohoto přístupu patří vysoká rychlost rozpouštění kovu, která je nesrovnatelná s rychlostí redukce korozní reakce. Na druhou stranu bude hodně záviset na kovu, na který se pasivace aplikuje. Mohou to být jak aktivně se rozpouštějící materiály, tak díly s neúplnými elektronickými vrstvami, jejichž struktura v pasivním stavu rovněž přispívá k brzdným a destrukčním reakcím. Ale v každém případě je pro dosažení výrazného účinku antikorozní ochrany nutné použití velkých anodových proudů.

Z tohoto pohledu není vhodné tuto metodu používat pro krátkodobou údržbu izolace, nicméně nízké energetické náklady na udržení superponovaného proudu plně ospravedlňují anodickou pasivaci. Mimochodem, vytvořený ochranný systém v budoucnu vyžaduje proudovou sílu pouze 10-3 A/m2.

Použití chemických inhibitorů

Alternativní technologický přístup ke zvýšení odolnosti kovů při provozu v agresivním prostředí. Inhibitory zajišťují chemickou pasivaci, která snižuje intenzitu rozpouštění kovů a v různé míře eliminuje škodlivé účinky poškození korozí.

Sám o sobě je inhibitor v jistém smyslu analogem superponovaného proudu, ale s chemickým nebo elektrochemickým kombinovaným účinkem. Organické a anorganické látky působí jako aktivátory ochranného filmu a častěji -speciálně vybrané komplexní sloučeniny. Zavedení inhibitoru do agresivního prostředí způsobuje změny ve struktuře kovového povrchu, což ovlivňuje kinetické elektrodové reakce.

Účinnost ochrany bude záviset na typu kovu, vnějších podmínkách a době trvání celého procesu. Pasivace nerezové oceli tedy bude z dlouhodobého hlediska vyžadovat více energetických zdrojů pro působení proti agresivnímu prostředí než v případě mosazi nebo železa. Klíčovou roli však bude stále hrát samotný mechanismus účinku inhibitoru.

Inhibitory-pasivátory

Aktivní protikorozní ochranu podle principů tvorby pasivního odporu mohou tvořit různé inhibitory. Široce se tedy používají adsorpční sloučeniny ve formě aniontů, kationtů a neutrálních molekul, které mohou mít chemický a elektrostatický účinek na kovový povrch. Jedná se o univerzální prostředky protikorozní ochrany, ale jejich účinek je snížen v prostředí, kde dominuje polarizace kyslíku. Například pro pasivaci nerezové oceli je nutné použít speciální inhibitor s oxidačními vlastnostmi. Patří mezi ně molybdenany, dusitany a chromany, které vytvářejí oxidový film s pozitivním polarizačním posunem dostatečným k uvolnění molekul kyslíku. Na povrchu kovu dochází k chemisorpci výsledných atomů kyslíku, která blokuje nejaktivnější oblasti povlaku a vytváří další potenciál pro zpomalení reakce rozpouštění kovové struktury.

Použití pasivace při ochraně polovodičů

Provoz polovodičových prvků pod vysokým napětím vyžaduje speciální přístup k ochraně proti korozi. Ve vztahu k takovým případům je pasivace kovu vyjádřena v kruhové izolaci aktivní oblasti součásti. Elektrická ochrana hran je vytvořena pomocí diod a bipolárních tranzistorů. Planární pasivace zahrnuje vytvoření ochranného prstence a také potažení krystalického povrchu sklem. Další metoda pasivace stolových desek zahrnuje vytvoření drážky za účelem zvýšení maximální dovolené úrovně napětí na povrchu konstrukčního kovového krystalu.

Úprava antikorozní fólie

Povlak vytvořený jako výsledek pasivace umožňuje různé dodatečné vyztužení. Může se jednat o pokovování, chromování, lakování a vytváření konzervačního filmu. Používají se i metody pomocného zesílení antikorozní ochrany jako takové. Pro zinkové povlaky se vyvíjejí speciální řešení na bázi polymerních a chromových složek. Pro běžné pozinkované vědro lze použít proplachovací nereaktivní přísady.

Závěr

Koroze je destruktivní proces, který se může projevovat různými způsoby, ale v každém případě přispívá ke zhoršení určitých provozních vlastností kovu. Výskyt takových procesů je možné různými způsoby vyloučit, stejně jako použití ušlechtilých kovů, které se vyznačují zpočátku sníženoucitlivost na rez. Z určitých finančních a technologických důvodů však použití standardní antikorozní ochrany nebo použití kovů s vysokou odolností proti korozi není vždy možné.

Optimálním řešením je v takových případech pasivace - jde o relativně dostupnou a efektivní metodu ochrany kovů různých typů. Podle některých výpočtů může jedna elektroda se správně zvoleným inhibitorem stačit k ochraně před korozí 8kilometrového podzemního potrubí. Pokud jde o nevýhody, jsou vyjádřeny v technické složitosti principu použití metod elektrochemické pasivace.