Passivering is Het proces van passiveren van metalen betekent het creëren van dunne films op het oppervlak om te beschermen tegen corrosie

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

Traditionele methoden om metalen tegen corrosie te beschermen, voldoen steeds minder vaak aan de technische vereisten die van toepassing zijn op de prestatie-eigenschappen van kritieke constructies en materialen. Draagbalken in huisframes, pijpleidingen en metalen bekledingen kunnen niet zonder mechanische roestbescherming alleen als het gaat om langdurig gebruik van het product. Een effectievere benadering van corrosiebescherming is de elektrochemische methode en in het bijzonder passivering. Dit is een van de manieren om actieve oplossingen te gebruiken die een beschermende en isolerende film vormen op het oppervlak van het werkstuk.

Technologieoverzicht

Passivering moet worden begrepen als het proces van het vormen van een dunne film op een metalen oppervlak, waarvan de structuurgekenmerkt door een hoge weerstand. Bovendien kunnen de functies van deze coating verschillen - bijvoorbeeld in batterij-elektrolyten verlengt het niet alleen de levensduur van de elektroden, maar vermindert het ook de intensiteit van zelfontlading. Vanuit het oogpunt van corrosiebescherming is passiveren een manier om de weerstand van een materiaal te vergroten tegen een agressieve omgeving die roestvorming veroorzaakt. Hetzelfde mechanisme voor de vorming van een beschermende isolerende coating kan anders zijn. Elektrochemische en chemische methoden zijn fundamenteel verschillend, maar in beide gevallen zal het eindresultaat de overgang zijn van de externe structuur van het werkstuk naar een chemisch inactieve toestand.

Principe van elektrochemische anticorrosiebescherming

De belangrijkste factor bij elektrochemische passivering is het effect van een externe stroom op het doeloppervlak. Op het moment van passage van de kathodestroom door de corroderende metalen structuur, verandert de potentiaal ervan in de negatieve richting, wat ook de aard van het ionisatieproces van de werkstukmoleculen verandert. Onder omstandigheden van anodische blootstelling vanaf de zijkant van een externe polarisator (typisch voor zure media), kan een toename van de stroom nodig zijn. Dit is nodig om de polarisator te onderdrukken en vervolgens volledige bescherming tegen corrosie te bereiken. Echter, met verhoogde passivering van het oppervlak als gevolg van externe stroom, neemt de afgifte van waterstof toe, wat leidt tot hydrogenering van het metaal. Als gevolg hiervan begint het proces van waterstofoplossing in de metalen structuur, gevolgd door een verslechtering van de fysieke eigenschappen van het werkstuk.

Kathodebeschermingsmethode

Dit is een soort elektrochemische anti-corrosie-isolatie die de techniek van het toepassen van kathodische stroom gebruikt. Maar deze methode kan op verschillende manieren worden geïmplementeerd. Zo wordt in sommige gevallen in de productie voor voldoende potentiaalverschuiving gezorgd door het onderdeel als kathode op een externe stroombron aan te sluiten. De anode is een inerte hulpelektrode. Deze methode voert passivering van naden uit na het lassen, beschermt metalen platforms van boorconstructies en ondergrondse pijpleidingen. De voordelen van de kathodische passiveringsmethode zijn onder meer efficiëntie bij het onderdrukken van verschillende soorten corrosieprocessen.

Naast algemene roestschade wordt pitting en interkristallijne corrosie voorkomen. Dergelijke methoden van kathodische elektrochemische werking als beschermend en galvanisch worden ook in de praktijk gebracht. Het belangrijkste kenmerk van deze benaderingen is het gebruik van een meer elektronegatief metaal als polarisator. Dit element staat in contact met het beschermde product en werkt als een anode die tijdens de operatie wordt vernietigd. Soortgelijke methoden worden meestal gebruikt bij het isoleren van kleine constructies, delen van gebouwen en constructies.

Anode beschermingsmethode

Bij anodische isolatie van metalen onderdelen verschuift de potentiaal in een positieve richting, wat ook bijdraagt aan de weerstand van het oppervlak tegen corrosieprocessen. Een deel van de energie van de aangelegde anodestroom wordt besteed aan de ionisatie van metaalmoleculen, en het andere deel - om de kathodische reactie te onderdrukken.

Een van de negatieve factoren van deze benadering is de hoge oplossnelheid van het metaal, die onvergelijkbaar is met de snelheid waarmee de corrosiereactie wordt verminderd. Anderzijds zal veel afhangen van het metaal waarop passivering wordt toegepast. Dit kunnen zowel actief oplossende materialen zijn als onderdelen met onvolledige elektronische lagen, waarvan de structuur in de passieve toestand ook bijdraagt aan rem- en vernietigingsreacties. Maar om een significant effect van anticorrosiebescherming te bereiken, is het gebruik van grote anodestromen vereist.

Vanuit dit oogpunt is deze methode niet aan te raden om te gebruiken voor kortdurend onderhoud van isolatie, maar lage energiekosten voor het onderhouden van de gesuperponeerde stroom rechtvaardigen anodische passivering volledig. Trouwens, het gevormde beveiligingssysteem in de toekomst vereist een stroomsterkte van slechts 10-3 A/m2.

Gebruik van chemische remmers

Een alternatieve technologische benadering om de weerstand van metalen te vergroten bij gebruik in agressieve omgevingen. Remmers zorgen voor chemische passivering, waardoor de intensiteit van het oplossen van metalen wordt verminderd en, in verschillende mate, de schadelijke effecten van corrosieschade worden geëlimineerd.

Op zichzelf is een remmer in zekere zin een analoog van de gesuperponeerde stroom, maar met een chemische of elektrochemische gecombineerde werking. Organische en anorganische stoffen werken als activatoren van de beschermende film, en vaker -speciaal geselecteerde complexe verbindingen. De introductie van een remmer in een agressieve omgeving veroorzaakt veranderingen in de structuur van het metalen oppervlak, wat de kinetische elektrodereacties beïnvloedt.

De effectiviteit van de bescherming hangt af van het type metaal, de externe omstandigheden en de duur van het hele proces. Zo zal op lange termijn de passivering van roestvast staal meer energiebronnen vergen om een agressieve omgeving tegen te gaan dan in het geval van messing of ijzer. Maar het werkingsmechanisme van de remmer zelf zal nog steeds een sleutelrol spelen.

Remmers-passivatoren

Actieve corrosiebescherming volgens de principes van de vorming van passieve weerstand kan worden gevormd door verschillende remmers. Zo worden adsorptieverbindingen in de vorm van anionen, kationen en neutrale moleculen veel gebruikt, die een chemisch en elektrostatisch effect kunnen hebben op een metalen oppervlak. Dit zijn universele middelen voor bescherming tegen corrosie, maar hun effect wordt verminderd in omgevingen waar zuurstofpolarisatie domineert. Voor het passiveren van roestvast staal moet bijvoorbeeld een speciale remmer met oxiderende eigenschappen worden gebruikt. Deze omvatten molybdaten, nitrieten en chromaten, die een oxidefilm creëren met een positieve polarisatieverschuiving die voldoende is om zuurstofmoleculen vrij te maken. Op het oppervlak van het metaal vindt chemisorptie van de resulterende zuurstofatomen plaats, waardoor de meest actieve delen van de coating worden geblokkeerd en een extra potentieel wordt gecreëerd om de oplosreactie van de metaalstructuur te vertragen.

Het gebruik van passivering bij de bescherming van halfgeleiders

De werking van halfgeleiderelementen onder hoogspanning vereist een speciale benadering van corrosiebescherming. Met betrekking tot dergelijke gevallen wordt de passivering van het metaal uitgedrukt in de cirkelvormige isolatie van het actieve gebied van het onderdeel. Een elektrische randbeveiliging wordt gevormd met behulp van diodes en bipolaire transistors. Planaire passivering omvat het creëren van een beschermende ring en het coaten van het kristallijne oppervlak met glas. Een andere methode van mesa-passivering omvat de vorming van een groef om het maximaal toelaatbare spanningsniveau op het oppervlak van een structureel metaalkristal te verhogen.

Aanpassing van anticorrosiefilm

De coating gevormd als gevolg van passivering maakt een verscheidenheid aan extra wapening mogelijk. Dit kan zijn plateren, verchromen, schilderen en het maken van een conserveringsfilm. Methoden voor hulpversterking van anticorrosiebescherming als zodanig worden ook gebruikt. Voor zinkcoatings worden speciale oplossingen ontwikkeld op basis van polymeer- en chroomcomponenten. Voor een gewone gegalvaniseerde emmer kunnen niet-reactieve spoelmiddelen worden gebruikt.

Conclusie

Corrosie is een destructief proces dat zich op verschillende manieren kan manifesteren, maar het draagt in elk geval bij aan de verslechtering van bepaalde operationele eigenschappen van het metaal. Het is mogelijk om het optreden van dergelijke processen op verschillende manieren uit te sluiten, evenals het gebruik van edele metalen, die worden gekenmerkt door een aanvankelijk verminderderoest gevoeligheid. Om bepaalde financiële en technologische redenen is het gebruik van standaard corrosiebescherming of het gebruik van metalen met een hoge corrosieweerstand echter niet altijd mogelijk.

De optimale oplossing in dergelijke gevallen is passivering - het is een relatief betaalbare en effectieve methode om verschillende soorten metalen te beschermen. Volgens sommige berekeningen kan één elektrode met een goed geselecteerde remmer voldoende zijn om een 8 kilometer lange ondergrondse pijpleiding te beschermen tegen corrosie. Wat de nadelen betreft, deze komen tot uiting in de technische complexiteit van het gebruik van elektrochemische passiveringsmethoden in principe.