Pasivace je metoda chemické ochrany kovů
Pasivace neboli pasivace kovů je speciální úprava, při které vnější vrstva materiálu získává nové vlastnosti, díky nimž jsou kovy podobné ušlechtilým – tedy nepodléhají oxidaci ani jiným negativním vlivům na ně.
Při zpracování se na povrchu tvoří oxidové filmy. A pokud tato fólie není nějak poškozena hrubým fyzickým nárazem, pak se jakýkoli kov, který dříve vyžadoval zvláštní provozní podmínky, stane chráněným a odolným vůči nim.
- 1 Podstata a popis procesu
- 1.1 Chemická pasivace
- 1.2 Elektrolytická pasivace
Podstata a popis procesu
K ochraně proti korozi nebo jiným typům chemického poškození se na povrchu kovu vytváří fázová nebo adsorpční vrstva (film). Technicky to vypadá tak, že se takový ochranný nátěr aplikuje pomocí speciálních roztoků (chemická pasivace) nebo se uchýlí k vytvoření ochranné bariéry jinými způsoby (elektrolytická pasivace).
Elektrolytický je výhodnější, protože je chemicky odolnější.
Cílem procesu je snížení chemické aktivity kovů s možností jejich konzervace. Vždyť ztráty z koroze jak z atmosférických vlivů, tak z činidel v technologických procesech po celém světě mohou dosáhnout desítek miliard dolarů. A k ochraně těchto kovů má téměř každý z nich svůj vlastní mechanismus nanášení ochranných vrstev (protože neexistují univerzální metody, každý kov vyžaduje svůj vlastní přístup). V praxi to vedlo k vývoji speciálních expozičních režimů, unikátních složení elektrolytů a výpočtu napětí a proudu pro každý konkrétní případ nanášení filmů na kov.
Pasivaci kovu si lze představit jako vznik jakési rzi na jeho povrchu. Pouze tato „rez“ je umělá a má předem určené vlastnosti.
Chemická pasivace
Jedná se o úpravu kovů roztoky sloučenin, které mohou rychle vytvořit oxidový povrch. Ale aby proces nešel hlouběji, zejména aktivně ničit slabá místa v krystalických mřížkách kovů. V určité fázi se zastaví použitím neutralizačních látek a poté se kov podrobí praní v různých prostředích a při různých teplotách.
- čištění povrchu kovu určeného k pasivaci abrazivními materiály;
- odmaštění povrchu louhem sodným nebo uhličitanem sodným;
- odstranění odmašťovacích látek spolu s jimi rozpuštěnými sloučeninami tlakem horké a následně studené vody;
- pasivace složením vhodným pro daný kov v předem vypočítaném čase“
- neutralizace chemického reagenčního pasivátoru sodou;
- oplachování pod tekoucí studenou vodou“
- sušení foukáním teplého nebo horkého vzduchu;
- vizuální a instrumentální kontrola povrchu, včetně použití optických senzorů vyladěných na typickou strukturu výsledného oxidového filmu.
Pokud je kvalita získaných výsledků neuspokojivá, proces se opakuje, počínaje abrazivním čištěním.
Elektrolytická pasivace
Je založen na vlastnosti kovů procházet elektrolytem s aplikovaným napětím na povrch zpracovávaného kovu. Pro každý konkrétní typ kovu je vybrán elektrolyt, který je pro něj jedinečný. A jako anoda se používá i kov vhodný pro své fyzikální a chemické vlastnosti.
Při anodické pasivaci musí polarizační proud překročit určitou kritickou hodnotu, při které povaha kovu, elektrolyt, jeho teplota a koncentrace začnou působit tak, aby pokryly kov ponořený v lázni ochranným filmem. Což zabraňuje vzniku zpětného „iontového proudu“. Tento okamžik je začátkem tvorby „neproniknutelné“ oxidové vrstvy, proti které jsou oxidační látky bezmocné. Kromě těch nejagresivnějších, pro které budou zajištěny speciální pasivační režimy a speciální látky.
Pasivace oceli
Železo, které je součástí jakéhokoli typu oceli, jako její základ, podléhá korozi více než jakýkoli jiný kov. Nejlepší ochranou proti korozi u materiálů obsahujících železo je přidání legovacích přísad do taveniny železa, které činí ocel nerezovou. Ale nerezová ocel je drahá. Jednodušší druhy ocelí lze proto chránit před rzí úpravou v elektrolytických lázních s přídavkem inhibičních pigmentů ve formě červeného olova – železa nebo olova – do elektrolytu.
Tyto pigmenty mohou fungovat i jako chemické pasivátory, bez použití složitého mechanismu pro jejich spojení s potahovaným kovem. Nanášení takových pigmentů se provádí běžnými malířskými potřebami a je obvykle spojeno s velkými rozměry upravovaných ploch, které nelze umístit do elektrolytické lázně (trupy všech typů lodí). Ale v tomto případě bude ochranný účinek slabší. Při anodickém lakování pomocí pigmentů v okrajově upravené vnější vrstvě dochází v pórech vytvořeného ochranného filmu k vysoké proudové hustotě. V železe, jako součásti ocelové slitiny, se za přirozených podmínek nemohou vytvářet ochranné oxidové filmy, takže pasivace je možná pouze tehdy, jsou-li v povlakovém mechanismu obsaženy inhibiční pigmenty.
Ale hlavní rozdíl ve vytváření ochranných vrstev na kovu metodami chemické a elektrolytické pasivace spočívá v rychlosti procesu a síle vytvořeného fázového filmu. Koneckonců, jak v chemické lázni, tak v ní, ale s elektrickým proudem a napětím přidaným k procesu, proces tvorby oxidu nebo solného filmu probíhá podle stejného scénáře.
Pasivace konstrukčních a speciálních ocelí
Pro spolehlivou pasivaci ocelí je vhodné je celé nebo částečně (ty prvky, které budou nejvíce zatěžovat nepříznivé faktory) předem potáhnout niklem, zinkem nebo kadmiem pomocí solí chrómu. Pasivace těmito solemi je výhodná v tom, že po zpevnění povrchové vrstvy lze výrobky používat velmi dlouhou dobu bez rizika koroze. A pokud jednotlivé sekce začnou rezivět, lze je pasivovat bez demontáže nebo demontáže konstrukce se stejným složením se solemi chrómu přímo na místě aplikací překryvů nasáklých roztoky.
Pasivace hliníku
Na hliníku se za přirozených podmínek vlivem vzdušného kyslíku vytváří oxidový a velmi odolný film. Mnoho lidí si pamatuje školní zkušenost, kdy byla pomocí pilníku odstraněna malá vrstva z hliníkového drátu ponořeného do rtuti a poté byl tento hrot ošetřený pilníkem odstraněn ze rtuti. A ošetřený konec na vzduchu byl okamžitě pokryt „plášťem“ krystalů oxidu. Ale za normálních atmosférických podmínek se oxidy na hliníku tak rychle netvoří a mají podobu průhledného filmu o tloušťce jen pár mikronů. Svými vlastnostmi se velmi blíží chemicky inertnímu oxidu hlinitému korundu. Nevýhodou takového přírodního filmu je jeho nestabilita při výrazném zvýšení teploty nebo při dlouhodobém působení aktivních kyselin.
Pro trvalou ochranu se neobejdete bez procesu eloxování, jehož výsledkem jsou ochranné fólie o tloušťce 5 až 20 mikronů. A v určitých režimech je možné získat ultrapevné fólie (odolné zatížení až 1500 kg na mm, tedy vyšší než u nástrojové oceli.
Pasivace stříbra
Stříbro je ušlechtilý kov i přes změny jeho vlastností na světle (tmavne). Před nástupem digitální fotografie byla tato schopnost stříbra využívána při tvorbě světlocitlivých materiálů (film a fotografický papír).
Ale tmavnutí stříbrných výrobků v každodenním životě je často nežádoucí proces, a aby se tomu zabránilo, používají se chemické metody k ochraně horní vrstvy kovu, hraničící se vzduchem, před vystavením světlu a vzduchu. Nejlepším způsobem, jak takovým změnám zabránit, je pasivace úpravou stříbra v chromu – dichromanu draselného K2 Cr2 O7.
K tomu se 60 g chrompicu zředí v 1 litru převařené měkké vody. Pracovní teplota roztoku je od 25 do 40 stupňů, to není kritické. Pasivace se provádí jednoduchým úplným ponořením stříbrného předmětu do lázně na 20 minut a periodickým mícháním roztoku. V případech, kdy zředěné množství chrómu zcela nepokryje produkt (figurka složitého tvaru nebo objemný stříbrný svícen), je lepší nepraktikovat střídavou povrchovou úpravu po částech, ale naředit činidlo v množství vody potřebné pro normální hlasitost.
Chemická pasivace nerezové oceli
I přesto, že nerezová ocel je jak ve své hmotě, tak v povrchové vrstvě již inaktivována ve smyslu vystavení nepříznivým podmínkám prostředí, někdy koroze najde v této oceli slabá místa.
Ocel se vyrábí ze železa legováním přísad. A hlavní přísadou, která dělá ocel nerezovou, je chrom. Ale se svým 12% obsahem ve slitině ocel pouze ochrání před atmosférickými vlivy. Při 17% již snese ošetření kyselinou dusičnou, jednou z nejagresivnějších kyselin.
Záleží také na stavu povrchu nerezového materiálu. A pokud je povrchová vrstva poškozena, pokud má hluboké rýhy, otřepy, mikroskopické krátery, pak i legovaný kov bude náchylný ke korozi.
A někdy stačí svar na povrchu. A i když se svařování provádí také speciálními elektrodami a ve speciálním režimu, čisté železo vzniklé ve svaru se stane centrem koroze, které nabude řetězového charakteru. A co svařování? I když budete řezat nebo řezat běžnou nelegovanou ocel vedle nerezové konstrukce, pak se takovými středy rychle stanou i piliny, hobliny a jakákoliv forma částic z ní, které dopadnou na nerez.
Závěr
Ale nakonec, když začnete analyzovat důvody pro výskyt rzi na nerezové oceli, ukáže se, že viníkem bylo zničení oxidového filmu přirozeného pro tento typ oceli. Proto dodatečnou ochranou, kterou nerezová ocel potřebuje, je ošetření kyselinami: sírovou, chlorovodíkovou, dusičnou s následnou neutralizací jejích zbytků poté, co již vytvořila chemicky neutrální ochrannou vrstvu na kovu. Zbývající neutralizátor omyjte vodou a poté vytřete do sucha. Nyní může korozní mechanismus spustit pouze další hrubé mechanické narušení oxidového filmu.
Ze stejného důvodu by hospodyňky nikdy neměly čistit nádobí z leštěného nerezu abrazivními sloučeninami, zejména pak s příměsí chlóru. Příklad? „Kometa“. Čistí efektivně, ano. Zároveň ale spustí proces koroze kovu.
nerez — unikátní materiál s vynikající odolností vůči korozi. Jeho odolnost vůči agresivnímu prostředí však lze dále zvýšit procesem známým jako pasivace.
Pasivace — je proces vytváření tenké oxidové vrstvy na povrchu nerezové oceli. Tato vrstva se skládá převážně z oxidů chromu, které jsou klíčovými legujícími prvky v nerezové oceli. Oxidová vrstva vytváří bariéru, která brání kyslíku a dalším korozivním látkám v přístupu k povrchu kovu.
Pasivační proces
Příprava povrchu. Proces pasivace začíná pečlivou přípravou povrchu nerezové oceli. To zahrnuje odstranění všech kontaminantů, zbytků oleje a dalších látek, které by mohly narušit tvorbu pasivační vrstvy. Následuje chemické čištění povrchu. To může zahrnovat opláchnutí oceli v alkalických nebo kyselých roztocích za účelem odstranění oxidů, uhlíku a dalších kontaminantů.
Pasivace v kyselých roztocíchHlavní metodou pasivace je úprava nerezové oceli v kyselých roztocích, nejčastěji dusičnanu nebo kyseliny fosforečné. Tento proces stimuluje tvorbu oxidové vrstvy na povrchu oceli. Teplota, koncentrace kyseliny a doba expozice se upravují v závislosti na požadované úrovni pasivace a vlastnostech konečného produktu.
Praní, neutralizace a sušení. Po pasivaci se ocel opláchne, aby se odstranily zbytky chemikálií, a neutralizuje se, aby se zabránilo dalšímu napadení kyselinami. Ošetřené výrobky se poté suší a v případě potřeby podléhají dalším dokončovacím procesům, jako je leštění.
Několik metod pro posouzení pasivace
Vizuální hodnocení
Jednotná barva. Pasivovaná ocel by měla mít jednotnou barvu bez zjevných skvrn.
Žádné oxidy ani rez. Na povrchu by neměly být žádné stopy oxidace, rzi ani jiných vad.
Lesklý povrch. Vysoce kvalitní pasivace vytváří hladký a lesklý povrch.Elektrochemické metody
Pasivační potenciál. Měření elektrodového potenciálu. Pasivovaná ocel musí mít pro účinnou ochranu proti korozi vyšší potenciál než aktivovaná ocel.
Pasivační proud. Nízký pasivační proud indikuje stabilitu a kvalitu pasivace.Obecná kritéria kvality pro nerezovou ocel
Chemické složení
Obsah legujících prvků. Musí splňovat normy pro zajištění optimální odolnosti proti korozi.
Žádné nečistoty. Přítomnost dalších prvků může negativně ovlivnit kvalitu pasivace.Mechanické vlastnosti
Pevnost Pasivovaná ocel si musí zachovat svou mechanickou pevnost.
Únavová pevnost. Důležité pro aplikace vystavené cyklickému zatížení.Tloušťka pasivační vrstvy
Optimální tloušťka. Musí být v mezích, které poskytují ochranu proti korozi.
Jednotnost vrstvy. Rovnoměrné pokrytí povrchu.Odolnost proti abrazivnímu opotřebení
Odolné proti poškrábání a nárazům tvrdých částic. Důležité pro zvýšenou odolnost.
Stav povrchu
Bez závad. Například praskliny, vměstky nebo jiné vady, které mohou ovlivnit odolnost proti korozi.
Je také třeba si uvědomit, že nerezová ocel musí být certifikována a označena v souladu s platnými normami.
Úspěšná pasivace nerezové oceli vyžaduje pečlivou kontrolu všech těchto kritérií, aby byla zajištěna účinná ochrana proti korozi za různých provozních podmínek.
