Что такое пассивирование металлов

Технология пассивации металла, виды и 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:

Свойства пассивированного металла и его применение

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

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

Содержание составов для пассивации

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.

Источник

Что такое пассивация? Описание, особенности и применение пассивации

На заявление Фарадея не обратили внимание. Больше повезло Владимиру Кистяковскому. Это уже отечественный физик. Он высказался в поддержку английского коллеги из прошлого спустя 100 лет.

На фото физик Владимир Кистяковский

Кистяковский развил взгляды Фарадея, оформив в общеизвестную теорию. Однако, есть и вторая теория пассивации… Впрочем, для начала разберемся с самим понятием.

Что такое пассивация?

Пассивация металлов – это образование той же «ржавчины», но немного в другом виде. Поверхности покрывают не только оксидными пленками, но и фосфатными, сульфатными, хлоридными.

Их состав зависит от того, с каким металлом ведется работа. Химическая пассивация является резким уменьшением скорости его коррозии. С одной стороны, пленка на поверхности – итог разрушения материала. С другой, покрытие защищает нижние слои металла. Чтобы продлить его жизнь достаточно пленки толщиной в несколько десятков нанометров.

На фото процесс пассивации

Альтернативный взгляд на пассивацию поверхности сводится к абсорбции ею кислорода. Он погружается в поверхностные поры металла. При этом, увеличивается валентность его атомов. Это снижает их химическую активность. Кстати, кислород можно взять не только из атмосферы или воды. Далее, ознакомимся со средами для пассивации.

Среды для пассивации

Металл вступает в кратковременное взаимодействие с ними, но скорость реакции резко падает с образованием поверхностной пленки или же повышения валентности верхних атомов.

Коррозию последнего блокирует даже речная вода. Воздействовать ею на металл можно двумя способами. Первый – простой контакт, обмазывание или окунание поверхности.

Второй способ называется электрохимическим. В этом случае через раствор для пассивации пропускают ток. Под его действием защитная пленка получается равномерной.

Именно такую формирует, к примеру, пассивация меди. Ток пропускают через хромосодержащие растворы. Именно в них медь приобретает наибольшую стойкость к коррозии.

Медь после пассивации

Подготовка к пассивации

В случае электролитического процесса в подготовительные работы входит отлаживание нужной силы тока. Успешно пассивация латуни, хрома, железа и прочих металлов проходит при 12-градусной величине напряжения.

На фото оборудование для пассивации металлов

Пассивация электрохимическая осуществляется на специальных аппаратах. Они имеются в свободной продаже. Установки компактны, но дорогостоящи. Модели дешевле 100 000 рублей продают редко.

Применение пассивации

Нельзя допустить, чтобы из-под декоративно-защитного слоя проступила ржавчина. Поэтому, перед покраской осуществляется пассивация. Ряд растворов для нее не только дает пленку на поверхности деталей, но и обезжиривает их.

Некоторые пассиваторы, не смотря на свою эффективность, под запретом. В Евросоюзе, к примеру, запретили оксид хрома. Он токсичен. Однако, прочие пассиваторы уступают опасному соединению в эффективности.

На фото наглядно виден результат пассивации

Пассивация стали осуществляется на паровых турбинах. Оксид хрома здесь не нужен. Интерес в другом. Возникает вопрос, зачем нужна пассивация нержавеющей стали, она ведь нержавеющая.

Прибегают к имплантированию, когда зуб удален, не осталось даже корней. Так вот, нижний винт выполняется из надежных, но не драгоценных сплавов. Чтобы избежать их разрушения в челюсти, что может привести к заражению, проводят пассивацию.

На фото гаечный ключ без применения пассивации металла

Кстати, суть понятия сводится к «пассивности». Именно от этого существительного образован термин. Цель метода – сделать металлы химически пассивными, заставить их отказаться от вступления во взаимодействия с прочими веществами.

Источник

Электролитическое и химическое пассивирование металлов

Пассивирование, (или пассивация) металлов является особой обработкой, в ходе которой внешний слой материала приобретает новые свойства, делающие металлы похожим на благородные – то есть не поддающимися окислению и каким-либо другим негативно влияющим на него действиям.

В ходе обработки получаются оксидные плёнки на поверхности. И если эта плёнка не будет как-то нарушена грубым физическим воздействием, то любой метал, ранее требовавших особых условий эксплуатации, делается перед ними защищённым и стойким.

Суть и описание процесса

Для защиты от коррозии или других видов химических разрушений на поверхности металла формируют фазовый или адсорбционный слой (плёнку). Технически это выглядит как нанесение такого защитного покрытия с помощью специальных растворов (химическое пассивирование) или к созданию защитного барьера прибегают другими способами (электролитическая пассивация).

Электролитическая является более предпочтительной как химически более стойкая.

Целью процесса является снижение химической активности металлов с возможностью их сохранения. Ведь убытки от коррозии как от атмосферных воздействий, так и от реагентов в технологических процессах во всём мире может достигать величин десятков миллиардов долларов. И для защиты этих металлов практически к каждому из них придуман свой механизм нанесения защитных слоёв (потому что универсальных методов не существует, каждый металл требует своего подхода). На практике это вылилось в разработку особых режимов воздействия, уникальных составов электролитов и расчёта напряжения и силы тока для каждого конкретного случая нанесения плёнок на металл.

Пассивирование металла можно рассматривать как образование своего рода ржавчины на его поверхности. Только «ржавчина» эта рукотворная и с заранее заданными свойствами.

Химическая пассивация

Это обработка металлов растворами соединений, которые способны быстро образовать оксидную поверхность. Но чтобы процесс не пошёл вглубь, особенно активно разрушая слабые места в кристаллических решётках металлов. На определённой стадии его останавливают, применяя вещества-нейтрализаторы, а затем подвергая металл промывке в разных средах и при разной температуре.

При неудовлетворительном качестве полученных результатов процесс повторяют, начиная с абразивной зачистки.

Электролитическая пассивация

Основана на свойстве металлов переходить через электролит с приложенным напряжением на поверхность обрабатываемого металла. Для каждого конкретного вида металла подбирается присущий только ему электролит. А в качестве анода также используется металл, подходящий по своим физико-химическим показателям.

При анодной пассивации поляризующий ток должен превысить некоторую критическую величину, при которой природа металл, электролита, его температура и концентрация начинают работать на покрытие погружённого в ванну металла защитной плёнкой. Которая не даёт возникнуть обратному «ионному току». Этот момент и является началом образования «непробиваемого» оксидного слоя, перед которым оказываются бессильными вещества-окислители. Кроме самых агрессивных, для которых будут предусмотрены особые режимы пассивации и особые вещества для неё.

Пассивирование стали

Входящее в состав любых видов сталей железо, как её основа, подвержена коррозии больше, чем какой-бы то ни было металл. Лучшей защитой от коррозии для железосодержащих материалов является добавление легирующих добавок в железный расплав, которые делают сталь нержавеющей. Но нержавеющая сталь дорога. Поэтому защитить более простые марки стали от ржавчины можно обработкой их в электролитических ваннах с добавлением в электролит ингибиторных пигментов в виде суриков – железных или свинцовых.

При анодном же покрытии с помощью пигментов в пограничном обрабатываемом внешнем слое возникает высокая плотность тока в порах образуемой защитной плёнки. В железе как части стального сплава защитные оксидные плёнки в естественных условиях образоваться не могут, то пассивирование возможно только в случае включения в механизм покрытия пигментов-ингибиторов.

Но основное различие в образовании защитных слоёв на металле методами химической и электролитической пассивации заключается в скорости процесса и прочности образуемой фазовой плёнки. Ведь и в химической ванне, и в ней же, но с добавленным к процессу электрическим током и напряжением процесс образования оксидной или солевой плёнки идёт по одному сценарию.

Пассивация конструкционных и специальных сталей

Для надёжной пассивации сталей их желательно предварительно покрыть, все или частично (те их элементы, которые будут испытывать наибольшее воздействие неблагоприятных факторов) никелем, цинком или кадмием с использованием хромовых солей. Пассивирование этими солями выгодно тем, что после укрепления поверхностного слоя изделия эксплуатируются без опасности возникновения коррозий очень длительное время. А в случае начала ржавления отдельных участков их можно, не разбирая и не снимая с места конструкцию, пассивировать этим же составом с солями хрома прямо на месте, методом аппликации пропитанных растворами накладок.

Пассивация алюминия

Для стойкой защиты не обойтись без процесса анодирования, результатом которого бывает получение защитных плёнок толщиной от 5 до 20 мМк. А в отдельных режимах можно получить и сверхпрочные плёнки,(выдерживающие нагрузку до 1500 кг на мм, то есть выше, чем у инструментальной стали.

Пассивация серебра

Серебро относится к благородным металлам, несмотря на изменение его свойств на свету (оно темнеет). До наступления эры цифровой фотографии эта способность серебра использовалась в создании светочувствительных материалов (фотоплёнки и фотобумаги).

Но потемнение изделий из серебра в быту – процесс часто нежелательный, и для его предотвращения используют химические способы предохранения верхнего, пограничного с воздухом, слоя металла, от воздействия света и воздуха. Лучше же всего предотвращает такие изменения пассивация методом обработки серебра в хромпике – двухромовокислый калий K₂ Cr₂ O_7.

Для его осуществления хромпик в количестве 60 г разводят в 1 литре кипячёной нежёсткой воды. Рабочая температура раствора от 25 до 40 градусов, это не критично. Пассивацию проводят, просто погрузив серебряное изделие в ванну полностью на 20 минут и периодически перемешивать раствор. В случаях, когда разведённое количество хромпика не покрывает изделие полностью (статуэтка сложной формы или объёмный серебряный канделябр) попеременное обрабатывание поверхности частями лучше не практиковать, а развести реактив в необходимом для нормального объёма количестве воды.

Химическое пассивирование нержавейки

Несмотря на то, что нержавеющая сталь как в своей массе, так и в поверхностном слое уже инактивирована в смысле воздействия на неё неблагоприятных условий среды, иногда коррозия находит у этой стали слабые места.

Сталью железо делают легирующие добавки. А основной такой добавкой, делающей сталь нержавеющей, является хром. Но при его 12% в составе сплава он защитит сталь только от атмосферных воздействий. При 17% выдержит уже обработку азотной кислотой, одной из самых агрессивных кислот.

Дело ещё и в состоянии поверхности нержавеющего материала. И если поверхностный слой нарушен, если на нём есть глубокие царапины, задиры, микроскопические ударные кратеры, то даже легированный металл будет подвержен коррозии.

А иногда достаточно сварного шва на поверхности. И пусть сварка тоже выполняется специальными электродами и в специальном режиме, образующееся в шве чистое железо станет центром коррозии, которая примет цепной характер. Да что сварка? Даже если резать или пилить рядом с нержавеющей конструкцией обычную, нелегированную сталь, то опилки, стружки и любой формы частички от неё, попавшие на нержавейку, тоже быстро станут такими центрами.

Заключение

А в итоге, когда начинаешь разбирать причины появления ржавчины на нержавеющей стали, выясняется, что виной было уничтожение естественной для этого вида стали оксидной плёнки. Поэтому дополнительной защитой, которая нужная нержавейке – это обработка кислотами: серной, соляной, азотной с последующей нейтрализацией её остатков после того, как она уже образовала химически-нейтральный защитный слой на металле. И смыть остатки нейтрализатора водой, а потом вытереть насухо. Теперь только очередное грубое механическое нарушение оксидной плёнки способно запустить механизм коррозии.

По этой же причине домохозяйкам ни в ком случае не стоит чистить посуду из полированной нержавейки абразивными составами, да ещё с примесью хлора. Пример? «Комет». Очистит эффективно, это да. Но параллельно запустит процесс коррозии металла.

Источник

Пассивация металла

Статья обновлена и дополнена: 11 Апреля, 2021

Пассивация – это процедура покрытия поверхности металла тонкой устойчивой к коррозии пленкой с целью защиты изделия. Такое покрытие предупреждает контакт металлической основы с кислородом и агрессивными средами. В условиях современного производства пассивирование применяется для того, чтобы придать металлу свойства, которые делают его похожим на благородный. После обработки он не поддается окислению и прочим негативно воздействующим на него факторам.

Когда пленка образуется и закрепляется на металлической основе, химическая активность изделия значительно снижается. Все, кому доводится работать с металлоконструкциями и стальными изделиями, знают о необходимости и важности защиты такого рода. Специалисты “Металл Клинер” неоднократно сталкивались с ситуациями, когда на производстве наших клиентов эксплуатировались не подвергшиеся пассивации трубопроводы, емкости и резервуары, котельное и другие оборудования. Услуги по травлению и пассивации нержавеющей стали были оперативно оказаны, и наши эксперты настойчиво призывают своевременно обращать внимание на состояние эксплуатируемых изделий.

Пассивация металла: суть процесса

Что такое пассиватор металла

Пассивация осуществляется при помощи специальных средств, которые именуются “пассиваторами”. Во время процедуры металлическое изделие обрабатывается таким средством, после чего оно становится неактивным. Непосредственно пассиватор – это своеобразное препятствие к образованию на поверхности металла коррозийного слоя.

Этапы процедуры пассивации

Если вкратце, сам процесс состоит из 5 этапов:

Механизм пассивации

Пассивация стали, железа и других металлов основана на методах, в основе которых лежит химические взаимодействие поверхностного слоя металла с разными растворами прочих металлов. В итоге на поверхности образуется пассивирующий слой, обладающий новыми химико-физическими характеристиками. Такой слой формирует надежный барьер, препятствующий окислению, за счет чего создается надежная защита от ржавчины.

Для химических реакций применяются различного рода металлы в зависимости от первичного материала детали. Чтобы придать ей новые специфические свойства, применяют следующие материалы для пассивации: хром, кобальт, никель и т. д. Исходя из их процентного содержания, готовится раствор и выбирается соответствующее оборудование.

К примеру, чтобы создать на поверхности стали надежную антикоррозийную пленку, используют оксид хрома. Осуществляется процедура хромирования, вследствие чего полностью изменяются физико-химические свойства поверхности. Если обработка была проведена правильно, то слой будет ровным и плотным.

Помимо этого для проведения процедуры используют различные кислоты для пассивации. В большинстве случаев раствор создается на базе азотной кислоты. Защитная пленка с высокими защитными свойствами на поверхности стали создается при помощи солей этого вещества.

Применение пассивации металла

С помощью технологии пассивирования можно:

Проверка пассивации

После проведения технологического процесса проводится оценка качества нанесенного слоя. Для этого используют разные способы проверки. К примеру, химический метод: поверхность обрабатывается раствором ферроцианида калия в азотной кислоте. Процедура дает возможность выявить области некачественной обработки. В области, где полученный слой довольно тонкий или его вовсе нет, появляется синий оттенок. В основном данный метод используют в заводских лабораториях. С его помощью выборочно проверяют изделия готовой партии.

Второй способ более простой, но является достаточно длительным. Изделие помещается в обычную воду на длительное время. В конечном итоге в области некачественной обработки появится коррозия.

Виды пассивации

Химическое пассивирование

В процессе обработки применяются специальные химические реагенты. Нанесение пассивирующего слоя осуществляется методом окунания металла в наполненную раствором емкость или методом напыления. Ключевое преимущество такого способа – металл с покрытием Хим. Пас. становится более твердым.

«Металл Клинер» рекомендует к применению следующие средства для пассивации:

Электрохимическая пассивация

Металл обрабатывается кислыми растворами, солями, на него наносятся электролиты. В процессе обработки используется ток. Электролит нагревается. На поверхности детали образуются заряженные частицы, после чего они постепенно оседают. После правильного проведения процедуры на материале образуется стойкая, равномерно распределенная защитная пленка.

Преимущества пассивирования

Подвергнувшись пассивации, изделие приобретает следующие положительные свойства:

Пассивация различных видов металлов

Пассивация нержавеющей стали

Такой вид обработки активно используется в области производства. Применение подхода такого рода обуславливается необходимостью тщательного обезжиривания поверхности изделия. При помощи этой технологии можно значительно увеличить защиту материала от внешних агрессивных факторов и длительность его эксплуатации.

Пассивация сварных швов нержавеющей стали

Проиллюстрированный (фото, видео) кейс нашей компании на производстве ОКБ «Гамма» можно увидеть в статье
«Как мы ускорили обработку сварных швов в 3 раза».

Нержавеющая сталь любого качества, даже самая высококачественная, может подвергнуться коррозии после сварки. Чаще всего коррозионные процессы на нержавеющей стали развиваются в районе сварных швов. Обработка сварных соединений, вследствие этого, становится одной из наиважнейших задач при работе с нержавейкой.

Пассивацию сварных швов нержавеющей стали наша компания рекомендует производить с использованием аппаратов для очистки сварных швов Steelguard. Электрохимические установки легки в использовании и качественно обрабатывают шов, придавая ему «зеркальность». Последнее стало возможным благодаря тому, что в аппаратах предусмотрена возможность электрохимической полировки.

Пассивация меди

В процессе обработки используются специальные растворы хрома. На медном основании достаточно сложно создать плотную защитную пленку и именно за счет таких растворов это становится возможным. Образуется плотный защитный слой, который в дальнейшем не стирается.

Пассивация алюминия

На алюминиевом материале в естественных условиях под действием кислорода создается прочная оксидная пленка. Большинство вспомнят опыт школьных годов на уроке химии: алюминиевая проволока опускается в ртуть, после чего с нее счищается небольшой слой при помощи надфиля. Далее обработанный конец вынимается из емкости с ртутью, и он на воздухе моментально покрывался так называемой “шубой”. Однако при атмосферном воздействии оксид алюминия не может образоваться так быстро, при этом пленка прозрачная, а ее толщина не превышает нескольких миллимикрон (ммк). Главный минус природной пленки заключается в том, что она неустойчива к длительному воздействию активных кислот и резкому повышению температуры.

Чтобы обеспечить стойкую защиту на изделии из алюминия, необходимо пройти процедуру анодирования, вследствие которой получаются защитные пленки (пассивный слой) толщиной 5-20 ммк. Некоторые режимы позволяют создать сверхпрочную пленку, которая способна выдерживать нагрузки в пределах 1500 кг на мм.

Пассивация серебра

Для защиты верхнего слоя серебра применяется обработка материала в хромпике, он же двухромовокислый калий. Для этого 60 г вещества разводится с 1 л кипяченой воды. Температура полученного раствора должна быть в пределах 25-40 градусов.

В процессе обработки серебряное изделие погружается в емкость с раствором на 30 минут. Раствор необходимо время от времени перемешивать. Если разведенного объема хромпика недостаточно для полного покрытия изделия (объемный серебряный канделябр и т. д.), то не следует практиковать попеременное обрабатывание его поверхности. Лучше всего развести реактив в необходимом для подходящего объема количестве воды.

Пассивация латуни

Популярностью пользуется пассивирование латуни с приданием деталям золотистого цвета. Такой метод взяли на вооружение рыбаки, которые таким образом пассивируют блесны из латуни. Образующаяся на рыболовной снасти пленка устойчива и не пропускает влагу.

Пассивация хрома

В большинстве случаев используется для обработки оцинкованных деталей. Металлические изделия проходят обработку такого типа только в условиях специализированного производства, которое имеет системы водоотвода и очистки.

Пассивация трубопроводов

Подробнее о химической очистке трубопроводов и её этапах (обезжиривании, травлении и пассивации) читайте в статье «Очистка трубопроводов» в разделе «Услуги».

Во избежание разрушения нержавеющей стали, необходимо обязательно пассивировать следующие конструкции:

Составы для пассивации

Каждый раствор – это добавки в сочетании с основным реагентом. Ключевую роль играют хроматы – это ангидрид, калий и натрий. Для создания подходящей среды необходимо смешать кислоты и соли – вместе они ускоряют течение реакции и способствуют равномерному осаждению полезных частиц.

Для обработки цветных металлов используются пассивирующие составы на основе натрия и калия. Чтобы создать кислую среду, к электролитам добавляют соли и кислоты, ускоряющие формирование защитной пленки и способствуют ее равномерному распределению по материалу.

Для пассивирования стали зачастую используются соль и азотная кислота. Медь обрабатывается серной кислотой, алюминий – фосфорной кислотой, а при пассивации цинка применяют добавки серной и азотной кислоты.

Заключение

При анализе основных причины образования коррозии на нержавеющей стали выясняется, что причиной этому является уничтожение на поверхности стали оксидной пленки естественного происхождения. Дополнительная защита материала – это его обработка такими кислотами, как: азотная, соляная, серная. После образования защитного слоя на металле, необходимо произвести нейтрализацию стали. Нейтрализатор смывается водой, а изделие вытирается насухо.

После обработки только грубейшее механическое повреждение полученного пассивирующего слоя спровоцирует запуск механизма коррозии.

Источник