Пассивация: защита металлов от ржавчины и гниения

Пассивация: защита металлов от ржавчины и гниения

Пассивация – широко используемый метод обработки металлических поверхностей. Как и многие другие процессы обработки поверхности, его основной целью является защита металлических поверхностей от ржавчины и коррозии. Что отличает процесс пассивации от многих других методов обработки поверхности, так это то, что его защитный слой полностью формируется в результате химических реакций с участием самого основного металла без необходимости дополнительного металлического покрытия или лакокрасочного покрытия.

В этой статье мы углубимся в мир пассивации, выясним, что это такое, как оно работает и почему оно важно для таких металлов, как алюминий и нержавеющая сталь. Итак, давайте отправимся в это путешествие, чтобы понять, как пассивация сохраняет прочность и долговечность наших надежных металлов.

Что такое пассивация?

Пассивация – это, по сути, химический процесс. Он использует химические реакции для создания тонкого, плотного оксидного слоя на поверхности металла. Этот оксидный слой может быть чрезвычайно тонким, но он является мощной защитой от факторов окружающей среды, таких как кислород и другие вещества, которые могут вызвать ржавчину или окисление при взаимодействии с примесями на поверхности металла. Конечная цель пассивации — защитить и сохранить основной металл. Важно отметить, что точные химические реакции и химические вещества, используемые для процесса пассивации, могут различаться в зависимости от конкретного используемого металла.

В следующих разделах мы рассмотрим конкретные применения пассивации, от ее роли в сохранении алюминия до ее эффективности в защите нержавеющей стали.

Пассивация алюминия

Чистый алюминий, например алюминиевые сплавы 1000-й серии, под воздействием воздуха образует на своей поверхности достаточно плотный оксидный слой. Этот слой действует как естественный щит, останавливая дальнейшее окисление. Что интригует, так это то, что этот оксидный слой обладает способностью к самовосстановлению, отрастая даже после царапин или повреждений.

Эта устойчивость к коррозии не ограничивается только чистым алюминием; это распространяется на различные другие алюминиевые сплавы, включая серии 2000, 3000, 5000, 6000 и 7000. Все они в той или иной степени обладают свойством самостоятельно образовывать защитную оксидную пленку.

Однако в реальном мире компоненты часто сталкиваются с средами, далекими от чистого воздуха — средами, наполненными влажностью, солью, водой, маслом и различными химикатами, которые могут усилить окисление и коррозию алюминиевых сплавов.

Чтобы обеспечить улучшенную защиту алюминиевых сплавов, в игру вступают промышленные практики. Общие методы обработки поверхности включают в себя Алодин, анодирование, покраска, порошковая покраска, гальваника и многое другое. В широком смысле оба Алодин высокопоставленных анодирование относятся к области пассивации, так как не требуют применения дополнительных материалов покрытия. Вместо этого эта обработка поверхности основана на химических реакциях, присущих самому алюминиевому сплаву, для создания пассивного слоя.

Однако, поскольку анодирование широко известно и процесс анодирования включает использование электричества, когда мы говорим о пассивации алюминиевых сплавов в промышленном контексте, мы часто имеем в виду Alodine.

Alodine: процесс пассивации алюминия

Алодин еще называют «химической пленкой» или «химической пленкой».хроматное конверсионное покрытие». Принцип процесса Alodine заключается в создании пассивного слоя на поверхности алюминия. Этот пассивный слой в основном состоит из соединения, называемого хромат алюминия (Ал2Сг3О12). Формирование этого слоя происходит в результате химической реакции между поверхностью алюминия и химическими веществами, присутствующими в растворе Alodine, который обычно содержит шестивалентный хром соединения (например, Na2Cr2O7) и кислоты. Защитная пленка шестивалентного хрома выглядит светло-желтой и прозрачной. Этот процесс использовался в течение многих лет, прежде чем появились более экологически безопасные методы.

Поскольку шестивалентный хром канцерогенен и небезопасен для окружающей среды, в настоящее время в большинстве Alodine используется трехвалентный хром. Активные ингредиенты раствора трехвалентного хрома Алодин в основном включают соединения трехвалентного хрома, такие как хлорид хрома, сульфат хрома, нитрат хрома, фосфат хрома, ацетат хрома или сульфат калия-хрома, а также окислители, комплексообразователи и т. д. Защитная пленка конверсии трехвалентного хрома соответствует оксиду хрома(III) Cr2O3 или смешанному оксиду (III)/(VI) с очень небольшим количеством Al2O3. Он кажется прозрачным и бесцветным или светло-голубым.

Ключ принцип В основе Alodine лежит способность шестивалентного или трехвалентного хрома взаимодействовать с поверхностью алюминия и способствовать образованию прочного придерживаясь, самозаживление оксидный слой. Этот оксидный слой действует как барьер, предотвращая дальнейшее окисление и коррозию металла. Alodine производит очень тонкие защитные пленки, типичные для толщина около 200 – 300 нм.

Характеристики конверсионного покрытия Alodine:

1. Коррозионная стойкость и антикоррозийные свойства: Alodine хорошо известен своей превосходной коррозионной стойкостью и антикоррозийными свойствами. Он часто используется в компонентах из алюминиевых сплавов в сфере связи, военной и аэрокосмической промышленности. Его коррозионная стойкость замечательна: он способен выдерживать испытания в солевом тумане до 72 часов.
2. Электрическая проводимость: Алодин выделяется как один из немногих методов обработки поверхности, который сохраняет электропроводность металла. Его обычно используют для обработки поверхности электронных устройств, требующих заземления, таких как корпуса электронного оборудования или разъемы, используемые в электронных компонентах.
3. Предварительная обработка для других видов обработки поверхности: На начальных этапах формирования конверсионного покрытия Alodine оно находится в высоковязком гелеобразном состоянии. Это состояние способствует адгезии материалов покрытия, используемых при других обработках поверхности, что делает Alodine ценным вариантом предварительной обработки перед такими процессами, как покраска или анодирование.
4. Минимальное влияние на точность: В процессе пассивации алюминия образуется чрезвычайно тонкий пассивный слой, который незначительно влияет на размеры компонентов. В результате его обычно используют для пассивации прецизионных компонентов, где сохранение точных размеров имеет решающее значение.

Пассивация нержавеющей стали

Коррозионная стойкость нержавеющей стали

Причина, по которой нержавеющая сталь является нержавеющей, в основном связана с содержанием хрома в сплаве нержавеющей стали. Хром может образовывать слой оксида хрома (Cr2O3) на воздухе для предотвращения дальнейшего окисления основного материала. Содержание никеля в нержавеющей стали серий 300 и 600 оказывает аналогичный эффект. Но в некоторых случаях нержавеющая сталь все равно будет ржаветь. Одна из наиболее распространенных форм ржавчины возникает из-за следовых количеств железа или примесей, внедренных в границы зерен поверхности нержавеющей стали, а молекулы воды разъедают эту часть железа. Поэтому на поверхности нержавеющей стали появятся пятна ржавчины. Это явление называется «румянить«. «Роды» часто возникают на поверхностях из нержавеющей стали после сварки, механической обработки или нагрева. Факторы окружающей среды, такие как моющие средства, отбеливатель или морская вода, также могут усугубить коррозию нержавеющей стали. Поэтому процесс пассивации по-прежнему остается очень популярным вариантом для изделий из нержавеющей стали бытового или промышленного использования.

Принцип пассивации нержавеющей стали

Как упоминалось ранее, основной причиной ржавчины нержавеющей стали является наличие «бесплатное железо» или другие загрязнения на его поверхности. Итак, самый простой и прямой способ повысить устойчивость к ржавчине — это избавиться от примесей «свободного железа» с поверхности нержавеющей стали, тем самым увеличив содержание хрома на поверхности.

Согласно ASTM A967 стандартно, пассивация определяется как:

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

В ASTM A380 В заявлении пассивация определяется как:

Удаление экзогенного железа или соединений железа с поверхности нержавеющей стали посредством химического растворения, чаще всего путем обработки раствором кислоты, который удалит поверхностные загрязнения, но не окажет существенного воздействия на саму нержавеющую сталь… с целью улучшения спонтанное образование защитной пассивной пленки.

Проще говоря, при пассивации нержавеющей стали используется кислота решение для удаление «бесплатное железои другие загрязнения с поверхности нержавеющей стали, сохраняя при этом хром содержание неповрежденный. В процессе промышленной пассивации нержавеющая сталь очищается несколько раз, включая обезжиривание, травление и промывку. Затем его пассивируют азотной кислотой или растворами лимонной кислоты. азотный кислота Пассивация используется в промышленности уже давно, но она создает проблемы загрязнения окружающей среды и безопасности. С 1990-х годов все больше и больше производителей переходят на лимонная кислота пассивация.

После пассивации нержавеющая сталь образует защитную пленку примерно через 24–48 часов. Благодаря относительно более высокому содержанию хрома на поверхности пассивированные детали из нержавеющей стали образуют более толстый и плотный слой оксида хрома, эффективно предупреждение возникновение ‘румянить».

Характеристики пассивации нержавеющей стали

Электрическая проводимость

Пассивированная нержавеющая сталь сохраняет свою электропроводность. Это происходит потому, что в результате химической реакции образуется тонкий окисленный слой, обеспечивающий стабильный и высокий уровень проводимости.

Пассивация: не электролитический процесс

Важно отметить, что пассивация нержавеющей стали — это чисто химическая реакция, а не электрохимическая. В отличие от таких процессов, как анодирование или гальваническое покрытие, химическая пассивация не требует электрической энергии на протяжении всего процесса. Это более энергоэффективный метод обработки поверхности.

Пассивация сохраняет первоначальный цвет

Пассивация оставляет на нержавеющей стали прозрачный и бесцветный оксидный слой. Он удивительно тонкий и не меняет внешний вид нержавеющей стали, в отличие от таких методов, как покраска или порошковое покрытие, которые меняют цвет поверхности.

Где используется пассивация нержавеющей стали?

Пассивация нержавеющей стали находит применение в различных отраслях и условиях, в том числе:

1. Аэрокосмическая индустрия: Важнейшие детали из нержавеющей стали в самолетах и ​​космических кораблях подвергаются пассивации, чтобы выдерживать сложные условия полета.
2. Медицинские приборы: Хирургические инструменты и медицинское оборудование используют пассивацию для обеспечения коррозионной стойкости и биосовместимости.
3. Продукты питания и напитки: В оборудовании из нержавеющей стали, используемом в пищевой и пивоваренной промышленности, используется пассивация для поддержания гигиены и предотвращения загрязнения.
4. Фармацевтика: Оборудование в фармацевтическом производстве требует пассивации для соответствия строгим стандартам чистоты и коррозионной стойкости.
5. Автомобильная: Пассивация используется при производстве и сборке автомобильных деталей из нержавеющей стали, обеспечивая их прочность и долговечность.
6. Химическая обработка: Сосуды и оборудование из нержавеющей стали на химических заводах требуют пассивации для обеспечения коррозионной стойкости.
7. Морская индустрия: Пассивация помогает защитить морское оборудование и конструкции от коррозии, подвергающиеся воздействию соленой воды.
8. Строительство: Нержавеющая сталь, используемая в архитектурных элементах, таких как поручни и фасады зданий, пассивируется для сохранения эстетики и структурной целостности.
9. Electronics: Пассивация имеет решающее значение для компонентов электроники, обеспечивая защиту от факторов окружающей среды.
10. Нефть и газ: Пассивированные трубопроводы и оборудование из нержавеющей стали в нефтегазовой отрасли используются для защиты от коррозионно-активных веществ и агрессивных сред.

По сути, пассивация нержавеющей стали необходима везде, где требуется коррозионная стойкость и долговечность компонентов из нержавеющей стали, охватывая различные отрасли и применения.

В заключение: защита металлов

В мире пассивации металлов мы открыли процессы, защищающие металлы от коррозии. Будь то алюминий или нержавеющая сталь, эти методы повышают их устойчивость, обеспечивая долговечность в различных областях применения. Пассивация необходима для сохранения целостности металла, будь то предметы домашнего обихода или компоненты аэрокосмической отрасли.

Для получения услуг по точной обработке ваших металлических компонентов посетите CapableMachining.com. Наша приверженность точности согласуется с принципами пассивации, обеспечивая превосходное качество ваших компонентов. Узнайте, как наш опыт может улучшить ваши проекты уже сегодня.