Пассивирование это: подробно и доступно о пассивировании металлов

Содержание

Пассивирование | это… Что такое Пассивирование?

пассивация металлов, переход поверхности металла в пассивное состояние, при котором резко замедляется Коррозия. П. вызывается поверхностным окислением металлов. Практическое значение П. исключительно велико, так как все конструкционные металлы без их самопроизвольного П. подвергались бы быстрой коррозии не только в агрессивных химических средах, но и во влажной земной атмосфере или пресной воде.

Если погрузить металл, склонный к П., в неокислительный водный раствор электролита, подключить его к источнику тока, позволяющему задавать любые значения потенциала (так называемому потенциостату) и записать зависимость плотности тока растворения металла от задаваемого потенциала, то получится поляризационная кривая, близкая к представленной на рисунке. Кривая показывает, что П. металла начинается при потенциале пассивации Е_п и критической плотности тока i_п. С увеличением потенциала от Е_п до Е_пп(потенциала полной пассивации) плотность тока не увеличивается, а снижается в результате П. иногда в 10⁴—10⁵ раз (до i_пп) и далее сохраняется почти без изменений вплоть до потенциала перепассивации Е_пер.

Наблюдаемое затем новое ускорение растворения связывают с перепассивацией, или транспассивным состоянием. Интервал от Е_пп до Е_пер называют областью пассивного состояния. В присутствии ионов Cl^—, Br^—, I^— местное сильное растворение («питтинг») некоторых пассивных металлов начинается ещё при потенциале Е_питпер.

Все перечисленные величины являются важными характеристиками поведения металлов и при коррозии под действием окислителей. Так, металл коррелирует с минимальной скоростью (эквивалентной плотности тока в полностью пассивном состоянии i_пп) тогда, когда Окислительно-восстановительный потенциал среды Е_о-в удовлетворяет условию Е_пп Е_о-вЕ_пер. Для того чтобы П. было самопроизвольным (при отсутствии внешних источников тока), скорость восстановления окислителя при Е_п должна быть не меньше i_п. Например, разбавленные растворы азотной кислоты в отношении хрома удовлетворяют обоим этим условиям, а в отношении железа —только первому. Соответственно Cr в них пассивируется сам, a Fe только может сохранять пассивное состояние, созданное каким-то способом ранее. Поскольку для Cr i_п и i_пп в сотни раз меньше, чем для Fe, а Е_пп и Е_пер— на 0,4—0,5 в отрицательнее, Cr несравненно устойчивее Fe в слабо окислительных средах, но вследствие перепассивации значительно сильнее разрушается в сильных окислителях (дымящей азотной кислоте, кислотах с добавками перманганатов, хроматов и др.). Сильное повышение концентрации кислоты или щёлочи обычно ведёт к увеличению i_п и i_пп, и в таких средах устойчивы лишь некоторые металлы. Среди них наибольшее значение имеют Cr, Ni и богатые ими сплавы, Ti, Zr. В нейтральных средах к П. в той или иной мере склонна большая часть металлов. В неводных растворах П. часто оказывается возможным только в присутствии влаги. В теории П. важная роль отводится как адсорбции кислорода, так и образованию окисных слоев.

Перепассивация вызывается образованием высших кислородных соединений металла, которые либо растворяются целиком, давая анионы (CrO₄^2-), либо отдают в раствор свои катионы, распадаясь с выделением кислорода (NiO₂). Источниками кислорода, участвующего в образовании пассивирующих слоев, могут быть некоторые окислители (H₂O₂, HNO₃). П. могут способствовать анионы, дающие с металлом труднорастворимые соли или смешанные окислы. Однако наиболее универсальным источником пассивирующего кислорода является химически или электрохимически взаимодействующая с металлом вода.

В технике термин «П. » означает также специальную химическую или электрохимическую обработку металла в подходящем растворителе, повышающую стойкость его исходного пассивного состояния (П. алюминиевой посуды в 30%-ной HNO₃, цинковых покрытий в хроматных растворах и т.д.). Вещества, главным образом окислители, с помощью которых производится П., называются пассиваторами.

Лит.: Томашов Н. Д., Чернова Г. П., Пассивность и защита металлов от коррозии, М., 1965; Скорчеллетти В. В., Теоретические основы коррозии металлов, Л., 1973; Новаковский В. М., Обоснование и начальные элементы электрохимической теории растворения окислов и пассивных металлов, в сборнике: Коррозия и защита от коррозии, т. 2, М., 1973.

В. М. Новаковский.

Рис. к ст. Пассивирование.

Пассивирование металла: назначение, технология, методы

Устойчивость стали к коррозии не вызывает сомнений и делает этот вид металлосплавов востребованным в огромном числе областей производства. Но иногда требуется повысить данную характеристику. Для того чтобы увеличить сопротивляемость стали ржавчине и причинам ее появления используют такой метод, как пассивирование металла.

Для того чтобы узнать назначение пассивации, необходимо понять, как протекает процесс коррозии. Под действием внешних факторов (влаги, атмосферных явлений, агрессивных сред) происходит разрушение стали. Слой за слоем окисление нарушает структуру металла, приводя в итоге к потере прочности изделий из нержавейки.

Пассивирование металла позволяет защитить металлические конструкции и детали от разрушения, образуя надежную защиту от негативных воздействий.

Для придания стали нержавеющих свойств в ее состав добавляют определенные химические элементы, чаще всего – хром, никель, марганец. Процесс пассивирования металла подразумевает увеличения массовых долей «укрепляющих» веществ. В составе таких сплавов можно обнаружить медь, титан, свинец, молибден и пр. Можно утверждать, что пассивация – это образование на поверхности нержавейки тонкой оксидной пленки, обеспечивающей надежную защиту от коррозии. Даже при ее повреждении разрушение слоев не начнется.

Пассивация производится химическим или электрохимическим способом.

При химическом нержавеющая сталь обрабатывается 10%-ым раствором бихромата калия. Обработка проводится на протяжении часа при комнатной температуре. При увеличении t до 60С время воздействия сокращается до 20 минут.
Электрохимический подразумевает использование электролита с содержащимся в нем раствором бихромата калия (20–30г/л), фосфата натрия и едкого натрия (соответственно 20–25 г/л и 5г/л). Время воздействия от 3 до 5 секунд, температура обработки 80–85С.

Еще один вариант проведения пассивации – обработка металлоизделия 25–30%-ым раствором NaNO₂. Данная методика работает при нахождении деталей в нейтральной среде.

Высоколегированная нержавеющая сталь, подвергшаяся подобному вмешательству, приобретает существенно более высокие показатели устойчивости к окислению. Не всегда есть потребность в ограждении от коррозии деталей на длительный срок. Порой достаточно создания временной защитной пленки. В этих целях применяют растворенный нитрит натрия, дополненный глицерином, которым покрывают металлическую поверхность.

Легированные сплавы пассивируют в концентрате азотной кислоты. В некоторых случаях оправдано добавление в состав двухромовокислого калия.

Сама процедура создания оксидной пленки не вызывает сложностей у специалистов. Опасность состоит в возможности начала травления. Именно поэтому необходимо контролировать момент выделения газов.

Читайте также:

Пассивация нержавеющей стали
Коррозия металлов
Нержавеющий лист: эксплуатация в агрессивной среде

Зачем нужна пассивация и какую пользу она может принести вашей компании — компании Precision

Зачем нужна пассивация и какую пользу она может принести вашей компании

Проще говоря, Процесс пассивации помогает удалить с поверхности нержавеющей стали загрязняющие вещества, вызывающие коррозию, такие как свободное железо. На первый взгляд процедура может показаться чисто косметической, но есть и внутренние преимущества.

Независимо от того, хотите ли вы точно очистить клапаны, фильтры или любые другие металлические компоненты, пассивация необходима для обеспечения бесперебойной работы и долговечности. Что такое пассивация и как она может быть полезна в качестве метода точной очистки? Давай выясним.

Наука, стоящая за пассивацией В нержавеющей стали пассивация означает удаление свободного железа с поверхности металла с помощью раствора кислоты до

предотвратить ржавчину .

Свободное железо и/или соединения железа удаляются с поверхности раствором кислоты. Если свободное железо не удалить, может произойти накопление ржавчины из-за многократного воздействия кислорода и дождя.

Когда поверхностное железо удаляется, другие компоненты сплава (преимущественно хром, часто также никель) остаются в виде поверхностного слоя поверх нижележащей стали.

При контакте с воздухом эти элементы вступают в реакцию с кислородом, образуя оксидный слой, защищающий остальную часть стали от коррозии.

Кислотный раствор — это химическое вещество, которое способно пассивировать; наиболее часто используется азотная кислота. Он служит для удаления свободного железа, не ставя под угрозу внутренние компоненты или конструкции.

Следует также учитывать структуру нержавеющей стали. Хром составляет не менее 10% нержавеющей стали и обладает антиэрозионными свойствами. Когда хром соединяется с железом в соотношении 1,5 к 1 или больше, на поверхности естественным образом образуется тонкая, но эффективная антикоррозионная пленка. Чем более совместимо соотношение, тем прочнее становится пленка. Эту пленку также можно назвать «пассивным» слоем. Но эту пленку можно повредить двумя распространенными способами:

Слишком много свободного железа удалит или ослабит защитную пленку.
Сварка, изготовление и механическая обработка оставляют металлические оксиды и мусор, которые нарушают соотношение.

При прецизионной очистке с помощью пассивации загрязняющие вещества удаляются с поверхности нержавеющей стали, восстанавливая таким образом оптимальное соотношение между стабильным хромом и химически активным железом. При оптимальном соотношении «пассивный» слой будет прочнее и толще.

Зачем нужна пассивация

Если бы пассивация была просто косметической функцией, ее можно было бы игнорировать. Но ржавое оборудование — это совсем другая история, и с ним нужно активно бороться. Чтобы подчеркнуть, насколько серьезной проблемой на самом деле является ржавчина, она обходится американским компаниям более чем в 300 миллиардов долларов в год.

Именно поэтому необходима пассивация. Вместо того, чтобы позволить ржавчине создавать вмятины и повреждения, проблемы с производительностью и, в конечном итоге, привести к полному отказу машины, устраните проблему до того, как она выйдет из-под контроля.

Если ждать слишком долго, возможно, придется заменить целые комплекты оборудования, что в несколько раз дороже прецизионной очистки.

Процессы пассивации контролируются отраслевыми стандартами, наиболее распространенными из которых являются ASTM A380, ASTM A967 и AMS 2700. В этих отраслевых стандартах перечислены несколько процессов пассивации, которые можно использовать, при этом выбор конкретного метода остается за заказчиком и поставщиком. «Метод» представляет собой либо пассивирующую ванну на основе азотной кислоты, либо ванну на основе лимонной кислоты, эти кислоты удаляют поверхностное железо и ржавчину, сохраняя при этом хром.

Преимущества пассивации

Теперь, когда мы знаем, что такое пассивация и зачем она нужна, давайте рассмотрим преимущества, которые она может дать.

Усиленный «пассивный» защитный слой

Как упоминалось ранее, пассивация помогает сохранить естественную внешнюю пленку, защищающую нержавеющую сталь от ржавчины. В естественном состоянии пленка эффективна, но очень тонка. Но при пассивации мы изменяем соотношение между хромом и железом, чтобы оно было наиболее совместимым, и создавали более толстый «пассивный» слой. Это помогает защитить ваши компоненты.

При работе с экспертами по точной очистке они будут использовать тесты, чтобы определить, сколько свободного железа есть и насколько они близки к этому оптимальному соотношению. К ним относятся:

Испытание на высокую влажность
Сульфат меди
Смачивание водой и сушка
Ферроксильный тест

Улучшение внешнего вида

Это довольно очевидное преимущество. Когда пассивация будет завершена, пожелтение и неровности ржавого металла вернутся к более новому виду.

Поддерживает прочную структуру нержавеющей стали

Ржавчина ослабляет саму структуру нержавеющей стали. Типичное крепкое железо заменено хлопьевидным порошком; вот почему ржавый металл легче помять и повредить ценные компоненты. Более того, ржавление со временем ускоряется. Он начнет распространяться и начнет концентрировать ржавчину на определенных участках поверхности.

Сохраняет свойства электропроводности

Ржавчина является изолятором электричества, а это означает, что при наличии ржавчины ток уменьшается. Компании предпочитают использовать нержавеющую сталь (или аналогичные металлы), потому что электричество отлично справляется с передачей электрического потока из одного места в другое.

Это проблема для такого оборудования, как преобразователи, которые используют электрические сигналы для передачи измерений. Если очистка преобразователя не проводится регулярно и он начинает ржаветь, это может помешать точному измерению.

Для мощного оборудования эта эффективность и скорость часто необходимы даже для оптимального функционирования. Когда вы выполняете прецизионную очистку и используете процесс пассивации, вам не нужно беспокоиться о проводящих возможностях вашего оборудования.

Позволяет увеличить интервалы технического обслуживания

Благодаря регулярным плановым техническим чисткам пассивации общее техническое обслуживание системы не будет требоваться так часто, как раньше. Благодаря нержавеющей стали ваше оборудование прослужит дольше и потребует меньшего контроля.

Способствует безопасности

Поскольку сама ржавчина состоит из железа и кислорода, она не представляет биологической угрозы для человека. Но ржавчина может поставить под угрозу общую безопасность. Как вы видите в случае обрушения мостов и дорог, ржавчина может поставить под угрозу структуру и безопасность. Если вы хотите избежать травм, связанных с неисправностью или отказом машины, может помочь пассивация.

Пассивация универсальна

Для различных деталей машин можно использовать множество методов пассивации.

Погружение – Металлы погружаются в резервуар с кислотным раствором. Это характерно для небольшого оборудования и деталей, которые можно легко демонтировать. Погружение обеспечивает быструю и равномерную пассивацию. Погружение является наиболее распространенным подходом и хорошо сочетается с очисткой манометра и преобразователя.
Циркуляция. Кислотная жидкость может циркулировать через значения и фильтры для удаления ржавчины с внутренних компонентов вашего оборудования. Даже если эти части нам не видны, важно также пассивировать внутреннюю часть ваших систем. Если после этого вы проверите клапаны, они будут выглядеть совершенно новыми, независимо от того, сколько лет они проработали.
Нанесение распылением — этот метод предназначен для любых деталей, которые не могут поместиться в резервуары. Метод включает ручное распыление кислого раствора для удаления свободного железа и ржавчины.

Как проверить прочность пассивирующего раствора?

Титрование:

Титрование представляет собой медленное добавление одного раствора известной концентрации (называемого титрантом) к известному объему другого раствора неизвестной концентрации до тех пор, пока реакция не достигнет нейтрализации, на что часто указывает изменение цвета.

Раствор, называемый титрантом, должен удовлетворять необходимым требованиям, чтобы быть первичным или вторичным стандартом. В широком смысле титрование — это метод определения концентрации неизвестного раствора.

Изменение цвета после пассивации

Нагрев нержавеющей стали до температур свыше 800°F может вызвать металлургические изменения и снизить коррозионную стойкость таким образом, который не устраняется очисткой поверхности или химической пассивацией. Как правило, нержавеющие стали содержат менее 30% хрома и более 50% железа. Хотя нержавеющая сталь устойчива к коррозии при комнатной температуре, она склонна к обесцвечиванию в результате окисления при повышенных температурах из-за присутствия хрома и других легирующих элементов, таких как титан и молибден.

Надлежащее обращение с пассивированными деталями

После того, как деталь пассивирована, необходимо соблюдать надлежащие процедуры обращения, чтобы предотвратить повреждение поверхности и повторное попадание железа на поверхность.

Многие люди думают, что части машины из нержавеющей стали должны выдерживать обычные процедуры обращения. При обычном обращении пассивирующий слой можно удалить двумя способами. Детали могут соприкасаться с коррозионно-активными веществами, которые химически повреждают оксид хрома, или с деталями неправильно обращаются и механически удаляют оксидный слой.

После того, как поверхность защищена, важно не подвергать ее воздействию каких-либо химикатов, которые могут повредить оксид или удалить часть родной поверхности. Это означает защиту деталей от воздействия кислот во время пассивации, а также воздействия органических кислот, таких как уксусы и лимоны, которые могут присутствовать на рабочем месте.

Хранение пассивированных деталей должно осуществляться таким образом, чтобы не допустить их повреждения. Этого можно добиться, используя контейнер, не допускающий контакта с посторонними предметами.

Прецизионное изготовление и очистка здесь, чтобы помочь

Привлекательны ли преимущества пассивации для вас и вашей компании? PFC здесь, чтобы помочь! Квалифицированный и опытный персонал, чистые помещения 7-го класса и рабочие станции 5-го класса, а также срочные ремонтные работы — вот что мы можем сказать. Пассивация – это гораздо больше, чем косметическая процедура. Прецизионная очистка на основе пассивации имеет много реальных преимуществ, и мы даже считаем это необходимым. Действуйте раньше, чем позже, и это может сэкономить вам тысячи долларов.

Свяжитесь с Precision Fabricating & Cleaning уже сегодня!

О PFC: Precision Fabricating & Cleaning — это инновационная, высококвалифицированная компания с уникальными возможностями для выполнения широкого спектра услуг по промышленной очистке, специализирующаяся на Гидростатических испытаниях , Кислородная очистка , Криогенные испытания и испытания холодным ударом , Очистка в полевых условиях , Пассивация/Пассивация , Высокочистая очистка , Ультразвуковая очистка , и многое другое .

Пассивирование: что это такое и почему это так важно

Первым этапом изготовления деталей из нержавеющей стали является их изготовление. Все детали должны быть изготовлены в соответствии со спецификацией и, очевидно, должны соответствовать рекомендациям по проектированию и применению.

Но как только эта фаза завершена, работа сделана? Громкий ответ — нет. Следующим этапом является пассивация, и она так же важна, как и процесс изготовления. Пассивация обеспечивает критически важную коррозионную стойкость деталей из нержавеющей стали, и в этом разница между деталями, которые работают должным образом, и деталями, которые выходят из строя. А если не сделать правильно, то коррозия неизбежна.

Сначала давайте посмотрим, зачем нужна пассивация. Когда компоненты из нержавеющей стали изготовлены, на их поверхности все еще есть слои смазки, масла и других веществ. Поверхность компонентов также имеет естественную оксидную пленку из-за воздействия кислорода. Затем при эксплуатации он подвергается истиранию и коррозии, может ослабнуть или повредиться. Поэтому возникает двоякая необходимость: во-первых, удалить постфабричный оксидный слой, во-вторых, предотвратить коррозию в процессе эксплуатации.

Соответственно, химическая пассивация — это двухэтапный процесс, который удовлетворяет обе эти потребности. На первом этапе процесса железо и/или соединения железа удаляются с поверхности раствором азотной кислоты — сильной минеральной кислоты. Кислота растворяет железо и соединения железа, не затрагивая поверхность детали. Затем окислитель преобразует металлический хром на поверхности, создавая защитный слой оксида хрома. Двухступенчатая процедура приводит к удалению всех примесей с деталей, обеспечивая при этом устойчивость к окислению, коррозии и химическому воздействию.

Хотя конкретного числа, указывающего, как часто следует пассивировать детали, не существует, важно помнить, что компания, специализирующаяся на этом процессе, может помочь вам в соответствии с вашим конкретным применением.