Pasiviziranje

PASIVIZIRANJE – Opštost

Pasiviziranje predstavlja proces kojim jedan metal postaje pasivan u odnosu sa drugim metalon pre nego što su ova dva metala zajedno korišćena.

U odnosu na koroziju, može se reći da se pasiviziranje sastoji od spontanog formiranja jednog snažnog sloja, non –reaktivnog, na površini nekog metala u cilju da ga štiti od korozije, a dotičan sloj je jedan oksid ili nitrat (kombinacija azota sa metalom) čija debljina ne premašuje nekoliko atoma.

Pojedini oksidi, kao što je čelikov oksid, ne vezuju se dovoljno čvrsto sa površinom osnovnog metala, postojeći sklonost prema odvajanju, prema stvaranju jedne granice, na taj način pojavljuje se proces korozije koji se praktično sastoji od stvaranja jedne rupe ( rđa) na površini metala iz kog su izdvojeni atomi.

U suprotnosti, slojevi aluminijum oksida, bakra, magnezijuma, titana i cinka uspevaju da uspostave trajne veze sa osnovnim metalom štiteći ga protiv korozije pomoću zaštitnog sloja oksida koji se zove i sloj pasiviziranja.

Postoji niz metala kao što su aluminijum i titan koji su auto –pasivni

Uglavnom, metalna površina postaje pasivna kad ona ostaje vidljivo nepromenjena neodređen vremenski period;

Može se reći da se pasiviziranje sastoji od kinetskog usporavanja procesa korozije.

U pasivnom stanju metali su praktično imuni na koroziju i, sa elektrohemijske tačke gledišta, ponašaju se kao plemeniti nenapadljivi metali. Prelaz jednog metala iz aktivnog u pasivno stanje uslovljen je doticanjem kritičnih parametara pasiviziranja. Indeks pasiviziranja P, može biti koriščen kao količinska mera sklonosti prema pasiviziranju nekog metala u korozivnoj sredini. Ako je  P >1, metal se spontano pasivizira; ako je P <1, metal ne može spontano preći iz aktivnog u pasivno stanje, mada može postojati jedna stabilna pasivna zona.

Ako P raste od 0 do 1, tenzija ka spontanom pasiviziranju proporcionalno raste.

Stvarni razlog korozije metala i jedinjenja je njihova termodinamična nestabilnost u prirodnim uslovima i dakle njihova spontana tenzija da pređu u oksidisano stanje (u kombinacije). Na ovaj način objašnjava se činjenica da se u prirodi većina metala izuzevši plemenite metale (Au,Pt, Ir)nalaze u mešovitom stanju (oksidisano stanje- rude)

Elektrohemijski sistem korozije, metal (jedinjenja) – korozivna sredina, dovode do formiranja jednog dvostrukog električnog sloja, asimiliran jednom kondenzatoru, gde se određuje razlika u potencijalu između površine metala koji se negativno natovari (ne) i sredine koja postaje pozitivna (zahvaljujući jonima M+ rezultiranih iz korozije). Ova razlika u potencijalu je jedinstveni potencijal na kojem se vrši korozija i zove se korozivni potencijal ili mešovit potencijal. Korozivni potencijal nekog metala ili jedinjenja razlikuje se od ravnotežnog potencijala metala ili jedinjenja.

Korozija obuhvata dve istovremene reakcije sa smenom jona i elektrona između metala i sredine i kao posledica ove smene, u toku korozije na metalu (jedinjenju) pojavljuje se korozivni potencijal, čija je vrednost data od kretanja potencijala ravnoteže metala i sredine jedno prema drugom

Pomeranje ova dva potencijala ravnoteže prema korozivnom potencijalu je posledica fenomena anodne polarizacije, fenomen koji se iznenadno pojavljuje kod kontakta metal –sredina.

U procesima anodičnog oksirdiranja (korozije), kod nekih metala pojavljuje se ponekad kod izvestne vrednosti polarizacije iznenadna otpornost na rastvaranje (koroziju), što dovodi do smanjenja toka korozije do vrednosti vrlo približne nuli, kao posledica pasiviziranja metala.

U slučaju čelika koji ne rđaju, osobito, i materijala koji se mogu pasivizirati, uglavnom, polarizacija je kretanje ravnotežnog potencijala pod dejstvom prolaza sopstvene korozivne električne struje, izazvanom od strane ove dve istovremene hemijske reakcije koje proizvode koroziju. U slučaju jedinjenja Fe-Cr, u kojima hrom stvara sa Fe solidne rastvore, hrom ima veoma naglašenu tenziju ka pasiviziranju i igra ulogu zaštitne komponente.

Ako bi uporedili linije anodne polarizacije čelika, hroma i nikla (glavne komponente u čeličnim nerđajući metalima) sa linijama legurama Fe-Cr mogli bi ustanoviti da su potencijali pasiviranja jedinjena Fe-Cr približni potencijalima pasiviziranja čistog hroma i nalaze se između potencijala čelika i čistog hroma.(suvog hroma).

Doprinos hroma pasiviziranju čelika može se objasniti i posredstvom elektronske teorije. Hrom imajući veliku naklonost prema elektronima, može upijati 3d elektrone od čelika, tako da čelik postaje pasivan, gubljenjem jednog 3d elektrona, koga premešta u supstrat 3d hroma. Hrom može preuzeti 5 elektrona, naime može pasivirati 5 atoma Fe. Ova razmera odgovara 15,7% Cr u težini, činjenica koja objašnjava zašto sadržaj od više od 12% Cr, dodeljuje čeliku jednu dobru otpornost na koroziju.

Priroda pasivnog filma  u vlažnoj sredini predstavljala je i još uvek predstavlja predmet rasprave među stručnjacima. Jedna grupa istraživača tvrdi da je u vodnim rastvorima, pasivni sloj ili jedan kristalisan oksid ili jedna kompozicija približna bezobličnoj strukturi koja sadrži i atome osnovnog metala, atome kiseonika, atome vodonika ili molekule vode, predstavljajući ustvari jednu mešavinu oksida i hidroksida čelika i hroma sa relacijama u obliku mosta između ovih jedinjenja

Zadržavanje difuzije jonskih vrsta kroz pasivni film objašnjena je od strane H. Strehblow-a kao da je pasivni film jedan otpornik sa jednim kapacitetom, jedna impedansa ili jedan poluprovodnik. Razlika u potencijalu između ova dva međuprostora metal-film i film-sredina ukazuje da je pasivni film sedište jednog snažnog električnog polja i može biti proučavan kao takav. Kod nerđajućih čelika, pasiviranjem, pozitiviranje međuprostornog potencijala metal-sredina je 0,55V.
Pasivni film je veoma prilepljiv i sa debljinom od nekoliko desetina Angstrom-a, ali sa vrlo smanjenom jonskom probojnošću, što čini da prenos kationa iz metala prema sredini (korozija) bude veoma smanjen, praktično beznačajan.

Brzina korozije data je od strane reakcije rastvaranja metala koji proizvodi metalne katione koji prelaze u sredinu i istovremeno elektrone koji se kreću kroz metal proizvodeći električnu struju, koja je upravo korozivna struja.

U pasivnoj oblasti struja koja prelazi međuprostor metal/film/rastvor (struja pasiviranja) odgovara jednoj minimalnoj vrednosti,ali nije ništavan, dakle korozija je veoma usporena.

Praktično pitanje nije odrediti struju “korozije” kod pasiviranja, nego uslove formiranja i stabilnosti zaštitnog filma.

Skorašnje radnje navode da pasivni film nije jedno stabilno stanje, ali je stacionarno (nepokretno) stanje; ono je u ravnoteži sa sredinom, ali u stalnom rušenju i obnovi.

Slaba stabilnost pasivnog filma čini da ovaj bude osetljiv na dejstvo niza spolašnih faktora (fizičkih, hemijskih, toplinskih ili mehaničkih) koji ga lokalno uništavaju.

Pasiviziranje delova pocinkovanih na toplo 

Jedan od problema koji se često sreće kod sveže pocinkovanih delova je pojava bele rđe na pocinkovanim površinama, što dovodi do promene njihovog izgleda. Cink je vrlo reaktivan material kada je nov (sveže nanet na delove) i brzo reaguje sa atmosferom koja ga okružuje u skladu sa donjim dijagramom. Rezultat je formiranje tri hemijska jedinjenja:

-ZnO- cink oksid

-Zn(OH)2 cink hidroksid

-ZnCO3 cink karbonat

Reakcije:

1. Faza oksidacije  2Zn + O2 = 2ZnO

2. Faza hidratisanja  2Zn = 2H2O + O2 = 2Zn(OH)2 (cink hidroksid – bela rđa)

3. Faza karboniziranja 5Zn(OH)2 = 2CO2 + 2ZnCO3.3Zn(OH)2 + 2H2O

Kao mera protiv pojave bele rđe koristi se postupak pasiviziranja pocinkovanih delova. Na ovaj način činioci pasiviziranja usporiće za izvesno vreme formiranje cink oksida i hidroksida na pocinkovanoj površini, za vreme od šest nedjelja, dok delovi ne izađu iz skladišta i budu montirani. Istovremeneo na površini pocinkovanih delova nastaje specifična cinkova patina koja za dugo vreme štiti pocinkovani deo.

Poseban problem sreće se kod armature koje su pocinkovane na toplo jer cink reaguje sa vlažnim betonom (pH je veliki) pa nastaje gasoviti vodonik što dovodi do opasnosti da mehurići vodonika oslabe strukturu betona. U ovakvim situacijama pasiviziranje je obavezno jer inhibira reakciju između cinka i vlage koja prodire u beton.

1. Akrilno pasiviziranje

Postupak se sastoji u ispiranju čitave površine akriličnom kiselinom i uglavnom se koristi pre bojenja površina pocinkovanih na toplo.

Proces stvaranja Bele rđe

Parametar                                                   Vrednost za pasiviziranje

PH                                                                          7,0-8,0

Provodnost                                                            < 2,400

Čvrstina                                                                 >50 ppm

Hloridi                                                                   < 250 ppm

Sulfati                                                                   < 250 ppm

Alkalnost                                                               < 300 ppm

Biocidi                                                                  < 0,5 ppm

2. Pasiviziranje na bazi trovalentnog hroma (CrIII)

Počev sa 1. julom 2007, Evropskom direktivom 2000/53 CE se zabranjuje korišćenje šestovalentnog hroma, koji je do tada korišćen za pasiviziranje, s tim da je od tada zamenjen trovalentnim hromom.

Za razliku od šestovalentnog hroma, Cr III ima manju sposobnost samopopravljanja pocinkovane i pasivizirane površine.

Trovalentni hrom ( CR (III)) smatra se neophodnim za ljudski metabolizam, dok je šestovalentni hrom (CR (VI)) veoma toksičan i rastvorljiv je u vodi.

U donjoj tabeli prikazani su kritični parametri vode koji omogućavaju da se pod povoljnim uslovima obrazuje zaštitni sloj auto-pasiviziranja pocinkovanih delova koji dolaze u dodir sa vodom.

Nap.  1 ppm = 1mg/kg

Obično beli i plavi slojevi pasiviziranja zasnivaju se na Cr3+ a koncentracija Cr6+ im je ispod granice detektovanja, dakle slojevi za pasiviziranje bele ili plave boje odgovaraju direktivama EU ELV i RoHS.

Pasiviziranje žute, crne i zelene boje obično sadrže Cr6+ i ne mogu se koristiti u proizvodnji električne/elektronske opreme niti za automobile.

Pocinkovani deo zaštićen plavom pasivizacijom.      Pocinkovani deo zaštićen žutom pasivizacijom  Uslovi primene pasivizacije

Uslovi primenjivanja pasivizacije

Uslovi                                                Trivalentno hromiranje                       Žuto šestovalentno hromiranje

Kapacitet                                     12,5Vol%=10g/l Cr(III)                           1V%=1g/lCr(IV)

pH                                               1,7-2                                                         1,6-1,8

Temperatura                                > 60 grC                                                    na sobnoj temperaturi

Rok dodira                                  60s                                                            20s

Zagrevanje                                   potrebno                                                    ne

Ventilisanje                                 potrebno                                                    preporučljivo

Ispiranje                                       3 puta                                                        2 puta

Aktivisanje                                  preporučljivo                                             preporučljivo

Mućkanje                                     obavezno                                                  obavezno

3. Silan kao alternativa pasiviziranju hromom.

Tehnologija zasnovana na mono-silanu poznata je duže vreme u industriji, posebno kada je potrebno obezbediti dobro prianjanje boje.

Antikorozivna svojstva poznatija su u poslednje vreme, naročito zahvaljujući mešavinama silana.

U glavnom, mešavina silana daje bolje rezultate u zaštiti protiv korozije, tako da se bis-amino-silan i bis-silan sulfat već koriste kao barijere protiv prodiranja vode u površine zaštićene raznim tehnikama.

Opšta formula silana je  (OX) 3-Si-(CH2) NY.

Na priloženoj slici prikazana su četiri uzorka pocinkovana na toplo i zaštićena raznim mešavinama silana – AV2,AV3, AV4,AV5 nakon što su izloženi testu slane magle za vreme od sedam časova.

About ETNOUS

Sprijinim creatia! Publicam carti in tiraje mici si mijlocii, prin www.edituraetnous.eu Realizam jucarii din lemn (www.lizuc.ro)
Acest articol a fost publicat în SERBIAN. Pune un semn de carte cu legătura permanentă.

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile despre tine sau dă clic pe un icon pentru autentificare:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s