Что такое пассивация металлов


что это, описание процесса пассивирования, составы

Пассивация — это защита металла стойкими к коррозии тонкими поверхностными пленками. Свойства и применение пассивированных металлов и сплавов. Виды пассивирования и состав электролитов. Особенности и поэтапное описание технологии.

Пассивация — это формирование на поверхности металла тонких оксидных или солевых пленок, которые защищают его от внешней коррозии. Такое покрытие препятствует контакту металла с кислородом и агрессивными средами. При пассивировании защитные пленки могут образовываться на металлической поверхности как естественным, так и искусственным путем. В первом случае они состоят из оксидов химических элементов, входящих в состав самого металла, а во втором могут включать в себя оксиды и соли других химических элементов. Например, чистый алюминий естественным способом образует очень стойкую оксидную пленку, поэтому устойчив к большинству видов коррозии. А вот изделия из его сплавов, содержащих химически активные компоненты, уже нуждаются в искусственной коррозионной защите и поэтому подвергаются пассивированию в солевых растворах.

Пассивацию широко применяют для защиты поверхностей изделий из стали, меди, никеля, алюминия и их сплавов. Даже защитные цинковые и кадмиевые покрытия пассивируют солями хрома для повышения их коррозионной и механической стойкости. Пассивирование металла вызывает образование на его поверхности слоя оксидов или солей толщиной в несколько микрон, что практически не влияет на геометрические размеры изделий. С другой стороны, такие пленки могут снижать контактную проводимость основного материала, но, как правило, в меньшей степени, чем слой корродированного металла.

Суть и описание процесса пассивации металла


При пассивировании поверхности металлических изделий обрабатывают растворами химических соединений, обладающих окислительными свойствами. В этой роли чаще всего выступают кислоты, нитриты и растворы солей хрома (реже — молибдена). Нанесение раствора на поверхность металлических заготовок производится методом погружения или вручную, с помощью специального оборудования. Применяемые при пассивировании растворы обычно состоят из основного реагента и нескольких добавок, ускоряющих и стабилизирующих процесс пассивации.

В общем виде процесс пассивирования состоит из следующих этапов:

  1. Механическая очистка поверхностей изделия.
  2. Химическое обезжиривание в растворе едкого натра и кальцинированной соды.
  3. Промывка в проточной горячей, а затем холодной воде.
  4. Пассивирование в течение заданного времени.
  5. Нейтрализация в растворе кальцинированной соды.
  6. Промывка путем многократного погружения в проточную холодную воду.
  7. Сушка в сушильном шкафу или обдувом теплого воздуха.
  8. Контроль качества поверхности после пассивирования производится визуальным или инструментальным способом. При неудовлетворительном результате процесс пассивирования повторяется, начиная с п. 1.

В приведенном примере описан технологический процесс пассивации с использованием стационарного производственного оборудования. Для пассивирования поверхностей изделий на месте их установки применяют ручные приводные инструменты и приспособления (см. фото ниже).

Свойства пассивированного металла и его применение


После пассивации на поверхности металла образуется устойчивый к коррозии слой, который в случае применения хроматов к тому же имеет повышенную механическую прочность. Некоторые металлы и сплавы склонны к естественной пассивации. Это особенно характерно для алюминия и нержавеющей стали с присутствием хрома. Но в случае нарушения структуры и химического состава поверхностного слоя они также могут подвергаться коррозии. При пассивировании нержавеющей стали для создания стойкой поверхностной защиты используется ее собственный хром, который, соединяясь с кислородом, образует плотную оксидную пленку. Все изделия из нержавеющей стали, работающие в агрессивных средах, заранее подвергаются пассивации, что помогает избежать (или отсрочить) их коррозию.

Пассивация железа и его сплавов в виде конструкционных и специальных сталей обычно проводится по покрытию из никеля, цинка или кадмия с использованием солей хрома. Такое пассивирование укрепляет поверхностный слой и позволяет эксплуатировать стальные изделия в течение длительного периода без опасности коррозии, а в случае ее проявления обрабатывать только пораженные участки. Пассивирование меди и ее сплавов (бронзы и латуни) выполняется как в защитных, так и в декоративных целях с применением хроматных растворов. В этом случае на поверхности медного изделия образуется тонкая прозрачная пленка, предохраняющая металл от окисления и сохраняющая его товарный вид.

Пассивирование серебра проводят для этих же целей с применением аналогичных технологий.

Виды пассивирования


По методу нанесения покрытия пассивирование бывает двух видов: химическое и электрохимическое. Кроме того, разновидности этой технологии классифицируют по типу химического элемента, из соединений которого образуется поверхностная пленка (хроматирование, никелирование, молибденирование и другие). Кроме того, выделяют естественную пассивацию — процесс образования защитного слоя у ряда металлов и сплавов под воздействием атмосферного и растворенного в воде кислорода.

Химическое

Химическое пассивирование происходит в результате притяжения отрицательных ионов растворенных в воде солей к поверхности металла, атомы которого имеют положительный потенциал. Для этого металлические изделия, предварительно очищенные и обезжиренные, помещаются в специальную ванну, заполненную соответствующим раствором. Основным компонентом в таком электролите является соль металла, образующего защитную пленку на поверхности изделия. Химическая пассивация также может выполняться по месту установки изделия. В этом случае все процессы, начиная от очистки и заканчивая пассивацией, нейтрализацией и обмывкой, выполняются вручную с помощью специального оборудования.

Электрохимическое


Электрохимическая пассивация основана на принципах гальванотехники. В этом случае металлические заготовки также помещаются в ванну с электролитом, но осаживание пассивирующего слоя происходит не в пассивном режиме, а под воздействием тока, протекающего через электролитический раствор. При такой пассивации положительный потенциал подается на заготовку, а отрицательный — на корпус ванны. При использовании электрохимического способа защитная пленка образуется быстрее и получается более ровной. Но такая технология дороже химической пассивации, т. к. в ней применяется более сложное оборудование и происходит расход электроэнергии.

Содержание составов для пассивации


В состав растворов для пассивации цветных металлов в качестве основного реагента чаще всего входят хроматы калия и натрия, а также хромовый ангидрид. Для создания кислой среды в такие электролиты добавляют различные кислоты и соли, состав которых влияет на скорость создания и равномерность защитной пленки. Пассивирование меди проводят в растворах, содержащих в небольших количествах серную кислоту. При обработке алюминия в состав электролитов включают фосфорную кислоту, а для пассивации цинка и кадмия используют добавки в виде азотной и серной кислот. Содержание пассивирующих растворов для обработки изделий из стали зависит от их состава и часто включает в себя азотную кислоту и ее соли.

Все соли хрома (особенно шестивалентного) очень токсичны. Поэтому проводить хромовую пассивацию металлических изделий можно только на специализированных производствах, имеющих соответствующие системы очистки и водоотведения, а также специально обученный персонал.

Нигде не пишут, каким образом выполняется пассивирование солями хрома непосредственно в местах установки оборудования. Как в этих случаях удаляют химические реагенты? Или при такой обработке применяют другие составы? Если кто-нибудь располагает информацией по данному вопросу, поделитесь, пожалуйста, в комментариях к нашей статье.

Что такое пассивация? Как работает нержавеющая пассивация?

Что такое пассивация и как работает пассивация? Как пассивировать детали из нержавеющей стали после обработки? Это вопросы, которые обычно задают механические цеха и производители деталей из таких материалов, как нержавеющая сталь, титан и тантал.

Что такое пассивация нержавеющей стали?

Пассивация - широко используемый процесс отделки металлов для предотвращения коррозии.В процессе пассивации нержавеющей стали используется азотная или лимонная кислота для удаления свободного железа с поверхности. Химическая обработка приводит к образованию защитного оксидного слоя, который с меньшей вероятностью вступит в химическую реакцию с воздухом и вызовет коррозию.

Пассивирование нержавеющей стали для предотвращения ржавчины

Для производителей отраслевые стандарты ASTM A967 и AMS 2700 представляют собой наиболее широко используемые стандарты для пассивирования нержавеющей стали. Согласно ASTM A967, пассивация:

химическая обработка нержавеющей стали мягким окислителем, например раствором азотной кислоты, с целью удаления свободного железа или других посторонних веществ.”

Кроме того, ASTM A380 утверждает, что пассивация составляет:

Удаление экзогенного железа или соединений железа с поверхности нержавеющей стали путем химического растворения, чаще всего путем обработки кислотным раствором, который удаляет поверхностное загрязнение, но не оказывает значительного воздействия на саму нержавеющую сталь… для цель усиления самопроизвольного образования защитной пассивной пленки ».

Предпосылки и история

В середине 1800-х годов химик Кристиан Фридрих Шёнбейн открыл эффект пассивации.Окунув железо в концентрированную азотную кислоту, он обнаружил, что железо имеет небольшую химическую активность или не имеет ее вообще по сравнению с железом, которое не подвергалось обработке концентрированной азотной кислотой. Его имя за отсутствие химической активности было «пассивным» состоянием.

По мере того, как пассивация нержавеющей стали азотной кислотой стала широко распространенной практикой в ​​1900-х годах, проблемы окружающей среды и безопасности при использовании азотной кислоты стали более очевидными. Исследование, проведенное пивоваренной компанией Adolf Coors в Германии, показало, что лимонная кислота является эффективной альтернативой.В 1990-х годах многие производители начали использовать лимонную кислоту как более безопасную и экологически чистую альтернативу азотной кислоте.

Сегодня отраслевые стандарты для пассивации предлагают методы для азотной кислоты или лимонной кислоты или азотной кислоты с бихроматом натрия. Выбор метода часто зависит от требований заказчика. У каждого метода есть свои достоинства и недостатки. Подробнее см. В нашей статье Пассивация азотной и лимонной кислотой.

Зачем пассивировать нержавеющую сталь?

Пассивация - это лучший метод после изготовления для недавно обработанных деталей и компонентов из нержавеющей стали.Преимущества включают:

  • Химический пленочный барьер против ржавчины
  • Увеличенный срок службы изделия
  • Удаление загрязнений с поверхности продукта
  • Пониженная потребность в обслуживании.

Как работает пассивация?

Нержавеющая сталь - это сплав на основе железа, обычно состоящий из железа, никеля и хрома. Коррозионностойкие свойства нержавеющей стали обусловлены содержанием хрома. Под воздействием кислорода (воздуха) хром образует тонкую пленку оксида хрома, которая покрывает поверхность нержавеющей стали и защищает лежащее под ней железо от ржавчины.Целью пассивации является увеличение и оптимизация образования слоя оксида хрома.

Погружение нержавеющей стали в кислотную ванну растворяет свободное железо с поверхности, оставляя хром нетронутым. Кислота химически удаляет свободное железо, оставляя после себя однородную поверхность с более высоким содержанием хрома, чем в нижележащем материале.

При воздействии кислорода воздуха после кислотной ванны нержавеющая сталь образует слой оксида хрома в течение следующих 24-48 часов.Более высокая доля хрома на поверхности позволяет формировать более толстый и более защитный слой оксида хрома. Удаление свободного железа с поверхности устраняет возможность возникновения коррозии.

Образующийся пассивный слой обеспечивает химически инертную поверхность, защищающую от ржавчины.

Слой пассивной пленки

Источник: Astro Pak. Используется с разрешения.

Когда требуется пассивация?

Пассивация - это пост-производственный процесс, который выполняется после шлифовки, сварки, резки и других операций обработки, связанных с нержавеющей сталью.В идеальных условиях нержавеющая сталь, естественно, противостоит коррозии, что может означать, что в пассивировании нет необходимости.

Однако в нормальных, реалистичных условиях любое из следующего может препятствовать образованию оксидной пленки, защищающей от коррозии:

  • Посторонний материал в производственной среде (производственная грязь, шлифовальная стружка)
  • Сульфиды добавлены в нержавеющую сталь для улучшения обрабатываемости
  • частицы железа от режущих инструментов врезаны в поверхность деталей из нержавеющей стали.

Такие загрязнения необходимо удалить до границ зерен, чтобы восстановить равномерно устойчивую к коррозии поверхность. Эти проблемы устраняются в процессе пассивации.

Какой пассивации НЕ является

  • Неэлектролитический. Пассивация - это химическая обработка, а - не электролитический процесс. . Пассивация не зависит от электрохимических реакций, в отличие от электрополировки или анодирования.
  • Не для удаления накипи. Пассивирование не является методом удаления окалины с обработанных деталей после термической обработки или сварки.
  • Ни одного слоя краски. Пассивирование нержавеющей стали не меняет цвет или внешний вид поверхности металла. Пассивирование не требуется для предметов, которые будут окрашены или покрыты порошковой краской.

Что такое процесс пассивации?

Как пассивировать нержавеющую сталь

Существует множество спецификаций по пассивации (ASTM A967, AMS 2700), указывающих на правильный процесс пассивирования нержавеющей стали, титана и других материалов.Следующие фазы являются общими почти для всех спецификаций:

  1. Clean - Удалите с поверхности все загрязнения, такие как жир и масла.
  2. Passivate - Выполните химическую обработку путем погружения в кислотную ванну, обычно азотную или лимонную кислоту.
  3. Тест - Испытайте недавно пассивированную поверхность нержавеющей стали, чтобы убедиться в эффективности этапов процесса.

Некоторые спецификации требуют добавления дихромата натрия в ванну с азотной кислотой для более быстрого образования оксидного слоя или пассивирующей пленки.Однако дихромат натрия представляет собой высокотоксичное соединение шестивалентного хрома. Альтернативные методы включают использование ультразвуковых аппаратов и лимонной кислоты, такой как CitriSurf®, для стимулирования образования кислорода на поверхности металла, пока материал все еще находится в кислотной ванне.

Продолжительность погружения в резервуар с кислотой обычно составляет 20–30 минут. Температурные характеристики кислоты могут варьироваться в зависимости от марки нержавеющей стали и химического состава кислоты, но обычно находятся в диапазоне от 120 до 150 ° F.

Видео: полностью автоматизированная система пассивации лимонной кислоты


Этапы процесса пассивирования деталей из нержавеющей стали

Для сборки линии пассивирования требуется процесс, который будет одновременно очищать и пассивировать нержавеющую сталь. Общие этапы процесса пассивирования нержавеющей стали следующие:

  1. Щелочная очистка материалов для удаления всех загрязнений, масел и посторонних материалов. Обычно используются моющие средства, такие как гидроксид натрия, Micro-90 или Simple Green.
  2. Промывка водой - обычно с деионизированной водой или водой RO (обратный осмос) в высокоточных отраслях промышленности
  3. Погружная ванна с азотной или лимонной кислотой (CitriSurf) для полного растворения любого свободного железа и сульфидов и ускорения образования пассивной пленки или оксидного слоя
  4. Промывка водой - Обычно с деионизированной водой в высокоточных отраслях промышленности
  5. Вторая промывка водой - обычно с DI Water в высокоточной промышленности
  6. Сухие части
  7. Протестируйте образцы деталей в соответствии со стандартами спецификаций, используя: солевой туман, выдержку в камере с высокой влажностью или тестирование сульфата меди.

На что обращать внимание при пассивации

Пассивацию можно рассматривать как контролируемую коррозию. Кислотная ванна растворяет или разъедает свободное железо на поверхности равномерно и контролируемым образом. Если не контролировать должным образом, неконтролируемая коррозия может возникнуть в виде явления, известного как «мгновенная атака». При импульсной атаке металл образует темную, сильно протравленную поверхность - именно ту коррозию, которую пассивный слой предназначен для предотвращения.

Обеспечение чистоты раствора кислоты от загрязняющих веществ имеет решающее значение для предотвращения вспышки.Часто для этого достаточно просто наполнить кислотную ванну свежим раствором. Рекомендуется регулярно менять кислотный раствор, чтобы предотвратить накопление загрязняющих веществ в растворе. Использование воды более высокого качества (вода обратного осмоса или деионизированная вода) с меньшим количеством хлоридов, чем водопроводная вода, также может решить проблемы со вспышкой.

Тщательная очистка деталей из нержавеющей стали ПЕРЕД кислотной ванной также имеет решающее значение. Любая смазка или смазочно-охлаждающая жидкость, оставшаяся на деталях, может образовывать пузырьки, которые мешают процессу.В этих случаях рассмотрите возможность использования обезжиривающего средства или смены моющих средств, чтобы полностью очистить деталь от загрязнений. В некоторых случаях термические оксиды от термообработки или сварки могут потребовать шлифовки или травления для удаления перед пассивированием.

Избегайте одновременного смешивания марок нержавеющей стали (например, серии 300 и серии 400) в кислотной ванне, поскольку это может привести к гальванической коррозии. В этой ситуации менее благородный металл корродирует быстрее, чем если бы разнородные металлы не контактировали в растворе.

Какое оборудование для пассивации мне нужно?

Best Technology признана лидером отрасли в области пассивирования оборудования, резервуаров, систем и линий. Наши специалисты понимают, насколько тщательно соблюдаются химический состав, температура и время погружения, чтобы соответствовать спецификациям и избежать дорогостоящих ошибок. Мы предлагаем широкий спектр оборудования от настольных машин до интегрированных мокрых скамеек и полностью автоматизированных систем. Наши инженеры по применению могут спроектировать оборудование в соответствии с вашими требованиями и спецификациями.

Собирая информацию о запуске новой линии пассивации, обязательно ознакомьтесь с нашим контрольным списком процесса пассивации. Когда будете готовы, свяжитесь с нами, чтобы поговорить с нашими экспертами по процессу пассивации.

Виды пассивационного оборудования

Доступно оборудование для пассивации с резервуарами различных размеров. Самые маленькие системы начинаются с резервуара размером 1,25 галлона, в то время как самые большие системы работают до 500+ галлонов. Система пассивации предлагает интегрированное удобство облегчения нескольких этапов процесса (например,g., мыть, ополаскивать, пассивировать, ополаскивать и сушить) в одном унифицированном оборудовании.

Типы систем включают:

Щелкните любое из следующих изображений, чтобы узнать больше об этом типе оборудования.

Малое настольное пассивирующее оборудование

Оборудование для пассивации мокрого стола

Автоматизированные системы пассивации

Погружные пассивационные системы с перемешиванием


Стандарты и спецификации

В аэрокосмической промышленности и производстве медицинского оборудования многие производители высокоточных изделий сталкиваются с дополнительными требованиями, спецификациями, правилами и стандартами аккредитации при пассивировании своей продукции.Одной из таких аккредитаций является NADCAP, или Национальная программа аккредитации подрядчиков авиакосмической и оборонной промышленности. Использование автоматизированной системы пассивации обеспечивает точные, задокументированные параметры управления процессом для соответствия требованиям валидации.

Часто задаваемые вопросы о валидации процессов

Что входит в процесс проверки пассивации?

В мире медицинского оборудования существует потребность в валидации процесса пассивации. Но что это значит и как это работает?

Валидация - это процесс гарантии того, что используемый вами процесс пассивации будет воспроизводить повторяемые и предсказуемые результаты каждый раз, когда партия деталей проходит через процесс.Подтвердив процесс, вы можете отказаться от тестирования каждой части, чтобы доказать, что она должным образом пассивирована.

Обычно здесь процесс проверки разбивается на три отдельные части: IQ, OQ и PQ. Давайте посмотрим на каждую часть.

IQ или квалификация установки - это первая часть. Он разработан путем описания машины - что это такое? Что это делает? и т. д. Также рассматриваются компоненты машины, датчики, переключатели, ПЛК и т. д.В нем дается описание машины и ее частей - что это такое и как работает?

OQ или рабочая квалификация - это вторая часть. По сути, это поможет вам проверить уровень интеллекта - машина работает так, как должна? Компоненты делают то, для чего они предназначены? и т.д. - все ли работает как задумано?

PQ или квалификация процесса - это третья часть теста на пассивацию. Если IQ - это теория того, как вещи ДОЛЖНЫ работать, а OQ - это практика того, как вещи ДЕЙСТВИТЕЛЬНО работают, то PQ определяет, как ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО работает машина.Вы создаете DOE (план экспериментов), который проверяет оборудование на верхнем и нижнем концах допустимых диапазонов и запускает части для проверки результатов по всему диапазону переменных. Теперь, когда машина работает в указанном диапазоне времени, температуры и / или концентрации кислоты, вы знаете, что ваши детали будут соответствовать спецификациям. Это цель процесса проверки пассивации.


Почему автоматизированные системы легче обрабатывать, чем ручное оборудование?

Контроль и стабильность процесса - важнейшие аспекты регулируемых медицинских устройств и аэрокосмических процессов.Важно убедиться, что у процесса есть пределы входных и выходных переменных, которые определены и полностью протестированы во время разработки процесса, аттестации оборудования (IQ), эксплуатационной квалификации (OQ) и аттестации процесса (PQ). Создание надлежащего DOE (Планирование экспериментов) для проверки этих пределов также важно, так как результат DOE даст статистические доверительные интервалы пределов.

Поскольку операторы и сотрудники выполняют различные технологические операции по-разному, независимо от того, как они указаны в рабочих инструкциях, различия операторов также должны быть зафиксированы во время проверки квалификации процесса (PQ).Автоматизированная система, как правило, устраняет многие факторы, связанные с изменчивостью оператора в производственном процессе, и это исключение «входных данных» процесса также позволяет более жестко контролировать выход процесса.

Например, в нашей автоматизированной системе пассивации устранение необходимости полагаться на оператора для перемещения корзины для деталей от стадии к стадии гарантирует, что детали остаются в соответствующих растворах (промывка, ополаскивание, кислотная пассивация и т. Д.) В течение определенного времени процесса. и в соответствии с надлежащей спецификацией ASTM A967, AMS2700 и т. д.Если корзина для деталей погружена в раствор кислотной пассивации на слишком короткое или длительное время, пассивация, вероятно, не удастся и выйдет за пределы спецификации.

Отраслевые стандарты

Стандартный Название / Описание
ASTM A967

Стандартные технические условия для химической пассивации деталей из нержавеющей стали

  • На основе стандарта Министерства обороны США QQ-P-35
  • Одна из наиболее распространенных спецификаций пассивации
AMS 2700

Пассивация коррозионно-стойких сталей

  • Спецификация материалов для аэрокосмической промышленности
ASTM A380

Стандартная практика очистки, удаления накипи и пассивации деталей, оборудования и систем из нержавеющей стали

  • Относится к ASTM A967, в котором описаны особенности выполнения пассивации.
AMS-QQ-P-35

(заменено) Пассивационная обработка коррозионно-стойкой стали

  • Заменяет MIL-QQ-P-35, но с тех пор был заменен на AMS 2700
ASTM F86 Стандартная практика подготовки поверхности и маркировки металлических хирургических имплантатов
ASTM B600

Стандартное руководство для удаления накипи и очистки поверхностей из титана и титановых сплавов

  • Пассивация титана и титановых сплавов теперь признана стандартом ASTM.
AMS-STD-753 Детали из коррозионно-стойкой стали: отбор проб, проверка и испытания на пассивирование поверхности
BS (Британский стандарт) EN 2516 Aerospace Series: Пассивация коррозионно-стойких сталей и обеззараживание сплавов на основе никеля

Военные спецификации и стандарты

Стандартный Относится к Название / Описание
MIL-HDBK-808 QQ-P-35
MIL-STD-753

Отделка, защита и коды для схем отделки наземного и наземного вспомогательного оборудования:

  • Раздел 5.3.2.4.1
  • Таблица II, Кодовые номера отделки F-200, F-201, F-202, F-203, F-204
  • Таблица VIII, код отделки D-200
  • Относится к QQ-P-35 для пассивации нержавеющей стали, который с тех пор был заменен на ASTM A967 и AMS 2700.
  • Относится к MIL-STD-753 для тестирования пассивации, который с тех пор был заменен на AMS-STD-753
MIL-DTL-14072 ASTM A380

Покрытия для наземного электронного оборудования:

  • Таблица IV, номер отделки E300
MIL-DTL-5002 ASTM A967
AMS 2700

Обработка поверхности и неорганические покрытия для металлических поверхностей оружейных систем:

MIL-STD-171 ASTM A967
AMS 2700
ASTM A380

Отделка металлических и деревянных поверхностей:

  • Раздел 5.1.4.2
  • Таблица V, номера отделки 5.4.1 и 5.5.1

Передовой опыт

Производители аэрокосмического и медицинского оборудования полагаются на опыт Best Technology в области проектирования и разработки оборудования, технологических процессов. Запросите сегодня дополнительную информацию о том, какие преимущества ваша компания может получить от нашего оборудования для пассивации и разработки процессов.

.

Пассивация металлов | Статья о пассивации металлов в Free Dictionary

окислительное преобразование поверхности металла в пассивное состояние, в котором коррозия сильно подавлена. Пассивация имеет большое практическое значение, так как без спонтанной пассивации все конструкционные металлы подверглись бы быстрой коррозии не только в агрессивных химических средах, но и во влажной атмосфере земли или пресной воде.

Рисунок 1

Кривая поляризации, подобная показанной на рисунке 1, получается, когда металл со склонностью к пассивации помещается в неокисляющий водный раствор электролита и присоединяется к источнику тока, называемому потенциостатом, который может работают с любым потенциалом.Потенциостат может регистрировать зависимость плотности тока раствора металла от приложенного потенциала. Кривая на рисунке 1 показывает, что пассивация начинается при потенциале пассивации E p и критической плотности тока i p . Плотность тока уменьшается до i cp (плотность тока при полной пассивации) с увеличением потенциала с E p до E cp (потенциал полной пассивации). Иногда она уменьшается в диапазоне от 10 4 до 10 5 .Ниже этой точки плотность тока практически остается постоянной вплоть до потенциала избыточной пассивирования E op .

Растворение металла ускоряется сверх потенциала гиперпассивации, и металл, как говорят, находится в избыточном или транспассивном состоянии. Диапазон потенциалов от E cp до E op называется областью пассивного состояния. В присутствии ионов CI - , Br - и I - сильное растворение или точечная коррозия некоторых пассивных металлов начинается ниже E op .Потенциал питтинга показан на Рисунке 1 как E pit . Все указанные выше потенциалы и плотности тока характерны и для металла, когда коррозия происходит под действием окислителей. Таким образом, металл корродирует с минимальной скоростью (эквивалентной плотности тока в полностью пассивном состоянии, i cp ), когда окислительно-восстановительный потенциал, E или , среды удовлетворяет условию E cp или < E op .Для того, чтобы произошла самопроизвольная пассивация, то есть пассивация в отсутствие внешнего тока, скорость восстановления окислителя на E p должна быть не менее i p . Например, разбавленные растворы азотной кислоты удовлетворяют условиям как спонтанной пассивации, так и минимальной скорости пассивации, когда металл представляет собой хром, в то время как тот же раствор удовлетворяет только условиям минимальной скорости пассивации, когда металл представляет собой железо. Таким образом, хром самопроизвольно пассивируется в этих растворах, в то время как железо может сохранять только пассивное состояние, которое ранее было достигнуто другими способами.

Так как i p и i cp для хрома в сотни раз меньше, чем для железа, а так как E cp и E op более электроотрицательны в хроме, чем в железе в 0,4 раза. –0,5 В, хром намного более стабилен, чем железо в слабых окислительных средах, хотя он легко разлагается в результате чрезмерной пассивирования в сильных окислительных средах, таких как дымящая азотная кислота и кислоты с добавлением перманганатов и хроматов.Большое увеличение концентрации кислоты или основания обычно приводит к увеличению i p и i cp , и только некоторые металлы стабильны в таких средах; наиболее важными из таких металлов являются титан, цирконий, хром, никель и сплавы с высоким содержанием хрома или никеля.

Большинство металлов имеют тенденцию к пассивированию в нейтральных средах. Часто пассивация может происходить в неводных растворителях только в присутствии влаги. Адсорбция кислорода и образование оксидных слоев важны для понимания теории, лежащей в основе пассивации.

Пассивирование происходит в результате образования высших оксидов металла, которые либо полностью растворяются с образованием анионов, например CrO 4 2- , либо снабжают раствор своими собственными катионами, которые разлагаются с выделением кислорода; NiO 2 - это типичный высший оксид, который содержит катионы. Кислород, участвующий в формировании пассивированного слоя, может подаваться такими окислителями, как H 2 O 2 или HNO 3 .Пассивации могут способствовать анионы, которые дают труднорастворимые соли или смешанные оксиды пассивируемого металла. Однако наиболее распространенным источником пассивирующего кислорода является вода, которая вступает в химическую или электрохимическую реакцию с металлом.

В промышленности термин «пассивация» относится к специальной химической или электрохимической процедуре, с помощью которой металл обрабатывают в подходящем растворителе, чтобы дополнить антикоррозионные свойства, обеспечиваемые исходным пассивным состоянием металла.Например, алюминиевая посуда пассивируется в 30-процентной азотной кислоте, а цинковые покрытия пассивируются в растворах хроматов. Вещества, которые используются для пассивации, обычно являются окислителями и называются пассиваторами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Пассивность и защита металлов от коррозии. Москва, 1965.
Скорчеллетти В.В. Теоретические основы коррозии металлов. Ленинград, 1973.
Новаковский В.М. Обоснование и начальные элементы электрохимической теории растворов окислов и пассивных металлов.В коллекции Коррозия и защита от коррозии, т. 2. Москва, 1973.

Большая Советская Энциклопедия, 3-е издание (1970–1979). © 2010 The Gale Group, Inc. Все права защищены.

.

Что такое пассивация? Как пассивировать нержавеющую сталь и почему. | Звездные Решения

Почему необходимо пассивировать нержавеющую сталь?

Нержавеющая сталь - это естественно стойкий к коррозии сплав. Основным компонентом нержавеющей стали, обеспечивающим коррозионную стойкость, является хром, который в присутствии кислорода образует коррозионно-стойкий (он же пассивный) слой на поверхности нержавеющей стали. Этот слой оксида хрома защищает металл под ним от взаимодействия с окружающей средой и образования коррозии.Хотя хром, обычно присутствующий на поверхности, естественным образом создает пассивный слой, сплаву присуще значительное количество железа (около 60-70%, в зависимости от марки нержавеющей стали), что ограничивает коррозионную стойкость. Также часто во время производственных процессов на поверхность попадает дополнительное загрязнение железом, например, через железную пыль в производственном воздухе или контакт с инструментами из углеродистой стали, что дополнительно снижает коррозионную стойкость. Решение этих проблем - пассивация.

Что такое пассивация?

Проще говоря, пассивация - это преднамеренное удаление железа с поверхности нержавеющей стали. Удаление поверхностного железа и его загрязнения приводит к получению поверхности нержавеющей стали с низким содержанием железа и высоким содержанием хрома. При большем количестве хрома на поверхности можно получить более толстый слой оксида хрома, что приводит к значительному повышению коррозионной стойкости из-за отсутствия железа, доступного для взаимодействия с окружающей средой.

Как безопасно и экономично пассивировать нержавеющую сталь?

Пассивация нержавеющей стали может выполняться азотной или лимонной кислотой.Однако есть много причин, по которым лучше использовать лимонную кислоту. Многие тесты показали, что пассивация лимонной кислотой более эффективна, чем азотная, потому что она удаляет только железо, оставляя нетронутыми весь хром, никель и другие «хорошие» компоненты. Напротив, азотная кислота удаляет вместе с железом некоторое количество хрома и никеля. Пассивация лимонной кислотой также намного безопаснее и лучше для окружающей среды. Азотная кислота чрезвычайно токсична для людей, животных и окружающей среды. Для любого, кто считает безопасность труда первостепенной задачей, пассивация лимонной кислотой - очевидный выбор.

CitriSurf для пассивации нержавеющей стали

Мы производим и продаем полную линейку продуктов Citrisurf® для пассивации нержавеющей стали. Пассивация нержавеющей стали с помощью CitriSurf безопасна, проста, экономична и экологически безвредна. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить рекомендацию по продукту, адаптированную к вашему конкретному применению, или просмотрите наш список продуктов.

.

пассивация

Пассивация - это процесс создания материала «пассивным» по отношению к другому материалу перед совместным использованием материалов. Например, перед хранением перекиси водорода в алюминиевом контейнере контейнер можно пассивировать, промывая его разбавленным раствором азотной кислоты и пероксида, чередуя с деионизированной водой. Азотная кислота и пероксид окисляют и растворяют любые загрязнения на внутренней поверхности емкости, а деионизированная вода смывает кислоту и окисленные примеси.Другой типичный процесс пассивации очистки резервуаров из нержавеющей стали включает очистку с помощью NaOH и лимонной кислоты с последующей азотной кислотой (до 20% при 120 ° F) и полное ополаскивание водой. Этот процесс восстановит пленку, удалит металлические частицы, грязь и соединения, образующиеся при сварке (например, оксиды).

В контексте коррозии пассивация - это спонтанное образование твердой нереактивной поверхностной пленки, которая препятствует дальнейшей коррозии. Этот слой обычно представляет собой оксид или нитрид толщиной в несколько атомов.

Рекомендуемые дополнительные знания

Механизмы пассивации

При нормальных условиях pH и концентрации кислорода пассивация наблюдается в таких материалах, как алюминий, железо, цинк, магний, медь, нержавеющая сталь, титан и кремний. Обычная сталь может образовывать пассивирующий слой в щелочной среде, как арматура в бетоне.Условия, необходимые для пассивации, указаны на диаграммах Пурбе.

Некоторые ингибиторы коррозии способствуют образованию пассивирующего слоя на поверхности металлов, на которые они нанесены.

Процессы электрохимической пассивации

Некоторые соединения, растворяясь в растворах (хроматы, молибдаты), образуют на металлических поверхностях нереактивные пленки с низкой растворимостью.

Пассивация специальных материалов

Алюминий может быть защищен от окисления анодированием и / или аллодированием (иногда называемым Alodining ) или любым из ассортимента аналогичных процессов.(См. Терминологию ниже.) Кроме того, для защиты алюминия часто используются методы пакетной пассивации. Например, хроматирование часто используется в качестве герметика для ранее анодированной поверхности, чтобы увеличить стойкость алюминиевых деталей к воздействию соленой воды почти в 2 раза по сравнению с простым анодированием.

Материалы на основе железа (черных металлов), включая сталь, можно отчасти защитить, способствуя окислению («ржавчине»), а затем превращая окисление в металлофосфат с помощью фосфорной кислоты и дополнительно защищая покрытием поверхности.Поскольку поверхность без покрытия является водорастворимой, предпочтительным методом является образование соединений марганца или цинка с помощью процесса, широко известного как паркеризация. Более старые, менее эффективные, но химически подобные электрохимические конверсионные покрытия включали в себя воронение, также известное как черный оксид.

Никель можно использовать для обработки элементарного фтора благодаря пассивирующему слою фторида никеля.

Терминология для различных процессов пассивации

Воронение, также известное как черный оксид, иногда называемое потемнение. , когда оно используется в связи с историческими процессами, датируемыми 18 веком, представляет собой пассивирующее покрытие для поверхностей железных и стальных предметов.Это один из старейших процессов пассивации.

Более новые патентованные (и / или торговые марки) процессы для конверсионных покрытий включают Parkerized для пассивирования стали, датируемые примерно 1912 г., и Alodine для пассивирования алюминия; оба процесса являются зарегистрированными товарными знаками и теперь принадлежат Henkle Surface Technologies. [1], [2]

Chem film - это любое универсальное конверсионное хроматное покрытие, используемое для пассивирования алюминия. Одним из таких примеров является Патент США 5,304,257.В целом, однако, хромат также может означать любое из нескольких конверсионных хроматных покрытий, которые можно наносить на гораздо более широкий диапазон металлов и сплавов, чем только на алюминий. В последние годы хроматные покрытия стали менее популярными из-за опасений по поводу загрязнения окружающей среды при использовании таких процессов.

Iridite - еще одно торговое название целого семейства патентованных конверсионных покрытий, принадлежащих MacDermid. Конкурирующее конверсионное покрытие, используемое на алюминии, которое несколько снижает проблемы загрязнения окружающей среды, вызванные хроматными покрытиями, оно часто выглядит как слегка желтоватое покрытие примерно того же цвета, что и желтая ручка для выделения текста на бумаге.[3]

Обоснование пассивирования алюминия

Алюминий естественным образом почти сразу образует оксид, который защищает его от дальнейшего окисления во многих средах. К сожалению, этот встречающийся в природе оксид не обеспечивает защиты при воздействии брызг соленой воды, например, в районах вблизи водоемов с соленой водой. В таких прибрежных условиях незащищенный алюминий станет белым, подвергнется коррозии и в значительной степени исчезнет за период воздействия, равный нескольким годам.Единственный способ предотвратить это - использовать более прочное конверсионное покрытие на алюминиевых поверхностях, на которые не повлияет атмосфера соленой воды. Покрытия на основе алодина, иридита и химикатов могут обеспечивать различную степень защиты алюминиевых поверхностей.

Дополнительная литература

ASTM A967 дает рекомендации по пассивации деталей из нержавеющей стали.

Хроматное конверсионное покрытие (химическая пленка) в соответствии с MIL-C-5541 для деталей из алюминия и алюминиевых сплавов

Ссылки

Стандартный обзор черных оксидных покрытий представлен в MIL-HDBK-205, Фосфатное и черное оксидное покрытие черных металлов .Многие особенности покрытий Black Oxide можно найти в MIL-DTL-13924 (ранее MIL-C-13924). Этот документ Mil-Spec дополнительно определяет различные классы покрытий Black Oxide для использования в различных целях для защиты черных металлов от ржавчины.

  • Будински, Кеннет Г. (1988), написано в Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси, , Prentice Hall
  • Брими, Марджори А. (1965), написано в Нью-Йорке, Нью-Йорк, , American Elsevier Publishing Company, Inc..
.

Смотрите также