Η παθητικοποίηση είναι Η διαδικασία παθητικοποίησης μετάλλων σημαίνει τη δημιουργία λεπτών μεμβρανών στην επιφάνεια για προστασία από τη διάβρωση

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Οι παραδοσιακές μέθοδοι προστασίας μετάλλων από τη διάβρωση είναι όλο και λιγότερο πιθανό να πληρούν τις τεχνικές απαιτήσεις που ισχύουν για τις ιδιότητες απόδοσης κρίσιμων δομών και υλικών. Οι δοκοί ρουλεμάν σε κουφώματα σπιτιών, γραμμές σωληνώσεων και μεταλλικές επενδύσεις δεν μπορούν να κάνουν χωρίς τη μηχανική προστασία από τη σκουριά μόνο όταν πρόκειται για μακροχρόνια χρήση του προϊόντος. Μια πιο αποτελεσματική προσέγγιση για την αντιδιαβρωτική προστασία είναι η ηλεκτροχημική μέθοδος και, ειδικότερα, η παθητικοποίηση. Αυτός είναι ένας από τους τρόπους χρήσης ενεργών διαλυμάτων που σχηματίζουν ένα προστατευτικό και μονωτικό φιλμ στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας.

Επισκόπηση τεχνολογίας

Η παθητικοποίηση θα πρέπει να γίνει κατανοητή ως η διαδικασία σχηματισμού ενός λεπτού φιλμ σε μια μεταλλική επιφάνεια, η δομή του οποίουχαρακτηρίζεται από υψηλή αντοχή. Επιπλέον, οι λειτουργίες αυτής της επίστρωσης μπορεί να είναι διαφορετικές - για παράδειγμα, στους ηλεκτρολύτες της μπαταρίας, όχι μόνο παρατείνει τη διάρκεια ζωής των ηλεκτροδίων, αλλά και μειώνει την ένταση της αυτοεκφόρτισης. Από την άποψη της αντιδιαβρωτικής προστασίας, η παθητικοποίηση είναι ένας τρόπος για να αυξηθεί η αντίσταση ενός υλικού σε ένα επιθετικό περιβάλλον που προκαλεί την ανάπτυξη σκουριάς. Ο ίδιος μηχανισμός σχηματισμού μιας προστατευτικής-μονωτικής επίστρωσης μπορεί να είναι διαφορετικός. Οι ηλεκτροχημικές και χημικές μέθοδοι διαφέρουν θεμελιωδώς, αλλά και στις δύο περιπτώσεις, το τελικό αποτέλεσμα θα είναι η μετάβαση της εξωτερικής δομής του τεμαχίου εργασίας σε μια χημικά ανενεργή κατάσταση.

Αρχή της ηλεκτροχημικής αντιδιαβρωτικής προστασίας

Ο βασικός παράγοντας στην ηλεκτροχημική παθητικοποίηση είναι η επίδραση ενός εξωτερικού ρεύματος στην επιφάνεια στόχο. Τη στιγμή της διέλευσης του ρεύματος καθόδου μέσω της διαβρωτικής μεταλλικής δομής, το δυναμικό του αλλάζει προς την αρνητική κατεύθυνση, γεγονός που αλλάζει επίσης τη φύση της διαδικασίας ιονισμού των μορίων του τεμαχίου εργασίας. Υπό συνθήκες ανοδικής έκθεσης από την πλευρά ενός εξωτερικού πολωτή (συνήθης για όξινα μέσα), μπορεί να απαιτείται αύξηση του ρεύματος. Αυτό είναι απαραίτητο για την καταστολή του πολωτή και στη συνέχεια για την επίτευξη πλήρους αντιδιαβρωτικής προστασίας. Ωστόσο, με αυξημένη παθητικοποίηση της επιφάνειας λόγω εξωτερικού ρεύματος, αυξάνεται η απελευθέρωση υδρογόνου, η οποία οδηγεί σε υδρογόνωση του μετάλλου. Ως αποτέλεσμα, ξεκινά η διαδικασία διάλυσης υδρογόνου στη μεταλλική δομή, ακολουθούμενη από επιδείνωση των φυσικών ιδιοτήτων του τεμαχίου εργασίας.

Κάθοδοςμέθοδος προστασίας

Πρόκειται για ένα είδος ηλεκτροχημικής αντιδιαβρωτικής μόνωσης που χρησιμοποιεί την τεχνική της εφαρμογής καθοδικού ρεύματος. Αλλά αυτή η μέθοδος μπορεί να εφαρμοστεί με διαφορετικούς τρόπους. Για παράδειγμα, σε ορισμένες περιπτώσεις στην παραγωγή, παρέχεται επαρκής μετατόπιση δυναμικού συνδέοντας το εξάρτημα σε μια εξωτερική πηγή ρεύματος ως κάθοδος. Η άνοδος είναι ένα αδρανές βοηθητικό ηλεκτρόδιο. Αυτή η μέθοδος εκτελεί παθητικοποίηση ραφών μετά τη συγκόλληση, προστατεύει τις μεταλλικές πλατφόρμες των κατασκευών γεώτρησης και τους υπόγειους αγωγούς. Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου καθοδικής παθητικοποίησης περιλαμβάνουν την αποτελεσματικότητα στην καταστολή διαφόρων τύπων διεργασιών διάβρωσης.

Εκτός από τη γενική ζημιά σκουριάς, αποτρέπεται η διάβρωση και η διακοκκώδης διάβρωση. Τέτοιες μέθοδοι καθοδικής ηλεκτροχημικής δράσης όπως προστατευτική και γαλβανική εφαρμόζονται επίσης. Το κύριο χαρακτηριστικό αυτών των προσεγγίσεων είναι η χρήση ενός πιο ηλεκτραρνητικού μετάλλου ως πολωτή. Αυτό το στοιχείο έρχεται σε επαφή με το προστατευμένο προϊόν και λειτουργεί ως άνοδος, καταστρέφοντας κατά τη λειτουργία. Παρόμοιες μέθοδοι χρησιμοποιούνται συνήθως κατά τη μόνωση μικρών κατασκευών, τμημάτων κτιρίων και κατασκευών.

Μέθοδος προστασίας ανόδου

Με την ανοδική μόνωση μεταλλικών μερών, το δυναμικό μετατοπίζεται σε θετική κατεύθυνση, γεγονός που συμβάλλει επίσης στην αντίσταση της επιφάνειας στις διεργασίες διάβρωσης. Μέρος της ενέργειας του εφαρμοζόμενου ρεύματος ανόδου δαπανάται για τον ιονισμό του μετάλλουμόρια, και το άλλο μέρος - για την καταστολή της καθοδικής αντίδρασης.

Μεταξύ των αρνητικών παραγόντων αυτής της προσέγγισης είναι ο υψηλός ρυθμός διάλυσης του μετάλλου, ο οποίος είναι ασύγκριτος με τον ρυθμό μείωσης της αντίδρασης διάβρωσης. Από την άλλη πλευρά, πολλά θα εξαρτηθούν από το μέταλλο στο οποίο εφαρμόζεται η παθητικοποίηση. Αυτά μπορεί να είναι υλικά που διαλύουν ενεργά και μέρη με ελλιπή ηλεκτρονικά στρώματα, η δομή των οποίων σε παθητική κατάσταση συμβάλλει επίσης σε αντιδράσεις πέδησης και καταστροφής. Αλλά σε κάθε περίπτωση, για να επιτευχθεί σημαντικό αποτέλεσμα αντιδιαβρωτικής προστασίας, απαιτείται η χρήση μεγάλων ρευμάτων ανόδου.

Από αυτή την άποψη, αυτή η μέθοδος δεν συνιστάται να χρησιμοποιείται για βραχυπρόθεσμη συντήρηση της μόνωσης, ωστόσο, το χαμηλό ενεργειακό κόστος για τη διατήρηση του υπερτιθέμενου ρεύματος δικαιολογεί πλήρως την ανοδική παθητικοποίηση. Παρεμπιπτόντως, το διαμορφωμένο σύστημα προστασίας στο μέλλον απαιτεί τρέχουσα ισχύ μόνο 10-3 A/m2.

Χρήση χημικών αναστολέων

Μια εναλλακτική τεχνολογική προσέγγιση για την αύξηση της αντοχής των μετάλλων όταν λειτουργούν σε επιθετικά περιβάλλοντα. Οι αναστολείς παρέχουν χημική παθητικοποίηση, η οποία μειώνει την ένταση της διάλυσης των μετάλλων και, σε διάφορους βαθμούς, εξαλείφει τις βλαβερές συνέπειες της διάβρωσης.

Από μόνος του, ένας αναστολέας είναι, κατά μία έννοια, ανάλογο του υπερτιθέμενου ρεύματος, αλλά με χημική ή ηλεκτροχημική συνδυασμένη δράση. Οργανικές και ανόργανες ουσίες δρουν ως ενεργοποιητές του προστατευτικού φιλμ και πιο συχνά -ειδικά επιλεγμένες σύνθετες ενώσεις. Η εισαγωγή ενός αναστολέα σε ένα επιθετικό περιβάλλον προκαλεί αλλαγές στη δομή της μεταλλικής επιφάνειας, επηρεάζοντας τις αντιδράσεις των κινητικών ηλεκτροδίων.

Η αποτελεσματικότητα της προστασίας θα εξαρτηθεί από τον τύπο του μετάλλου, τις εξωτερικές συνθήκες και τη διάρκεια της όλης διαδικασίας. Έτσι, μακροπρόθεσμα, η παθητικοποίηση του ανοξείδωτου χάλυβα θα απαιτήσει περισσότερους ενεργειακούς πόρους για την αντιμετώπιση ενός επιθετικού περιβάλλοντος από ό,τι στην περίπτωση του ορείχαλκου ή του σιδήρου. Αλλά ο μηχανισμός δράσης του ίδιου του αναστολέα θα εξακολουθεί να παίζει βασικό ρόλο.

Inhibitors-passivators

Η ενεργητική αντιδιαβρωτική προστασία σύμφωνα με τις αρχές του σχηματισμού παθητικής αντίστασης μπορεί να δημιουργηθεί από διαφορετικούς αναστολείς. Έτσι, χρησιμοποιούνται ευρέως ενώσεις προσρόφησης με τη μορφή ανιόντων, κατιόντων και ουδέτερων μορίων, οι οποίες μπορούν να έχουν χημική και ηλεκτροστατική επίδραση σε μια μεταλλική επιφάνεια. Αυτά είναι καθολικά μέσα αντιδιαβρωτικής προστασίας, αλλά η επίδρασή τους μειώνεται σε περιβάλλοντα όπου κυριαρχεί η πόλωση του οξυγόνου. Για παράδειγμα, ένας ειδικός αναστολέας με οξειδωτικές ιδιότητες πρέπει να χρησιμοποιηθεί για την παθητικοποίηση του ανοξείδωτου χάλυβα. Αυτά περιλαμβάνουν μολυβδαινικά, νιτρώδη και χρωμικά, τα οποία δημιουργούν ένα φιλμ οξειδίου με θετική μετατόπιση πόλωσης επαρκή για την απελευθέρωση μορίων οξυγόνου. Στην επιφάνεια του μετάλλου, λαμβάνει χώρα χημική απορρόφηση των ατόμων οξυγόνου που προκύπτουν, εμποδίζοντας τις πιο ενεργές περιοχές της επικάλυψης και δημιουργώντας μια πρόσθετη δυνατότητα επιβράδυνσης της αντίδρασης διάλυσης της μεταλλικής δομής.

Η χρήση της παθητικοποίησης στην προστασία των ημιαγωγών

Η λειτουργία των στοιχείων ημιαγωγών υπό υψηλή τάση απαιτεί ειδική προσέγγιση στην αντιδιαβρωτική προστασία. Σε σχέση με τέτοιες περιπτώσεις, η παθητικοποίηση του μετάλλου εκφράζεται στην κυκλική απομόνωση της ενεργού περιοχής του εξαρτήματος. Μια ηλεκτρική προστασία άκρων σχηματίζεται χρησιμοποιώντας διόδους και διπολικά τρανζίστορ. Η επίπεδη παθητικοποίηση περιλαμβάνει τη δημιουργία ενός προστατευτικού δακτυλίου, καθώς και την επίστρωση της κρυσταλλικής επιφάνειας με γυαλί. Μια άλλη μέθοδος μέσα παθητικοποίησης περιλαμβάνει το σχηματισμό μιας αυλάκωσης προκειμένου να αυξηθεί το μέγιστο επιτρεπόμενο επίπεδο τάσης στην επιφάνεια ενός δομικού μεταλλικού κρυστάλλου.

Τροποποίηση αντιδιαβρωτικής μεμβράνης

Η επίστρωση που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της παθητικοποίησης επιτρέπει μια ποικιλία πρόσθετων ενισχύσεων. Αυτό μπορεί να είναι επιμετάλλωση, επιχρωμίωση, βαφή και δημιουργία φιλμ συντήρησης. Χρησιμοποιούνται επίσης μέθοδοι βοηθητικής ενίσχυσης της αντιδιαβρωτικής προστασίας ως έχουν. Για επικαλύψεις ψευδαργύρου, αναπτύσσονται ειδικές λύσεις που βασίζονται σε συστατικά πολυμερούς και χρωμίου. Για ένα κανονικό γαλβανισμένο δοχείο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μη αντιδραστικά πρόσθετα έκπλυσης.

Συμπέρασμα

Η διάβρωση είναι μια καταστροφική διαδικασία που μπορεί να εκδηλωθεί με διαφορετικούς τρόπους, αλλά σε κάθε περίπτωση συμβάλλει στην υποβάθμιση ορισμένων λειτουργικών ιδιοτήτων του μετάλλου. Είναι δυνατόν να αποκλειστεί η εμφάνιση τέτοιων διεργασιών με διάφορους τρόπους, καθώς και η χρήση ευγενών μετάλλων, τα οποία χαρακτηρίζονται από αρχικά μειωμένηευαισθησία στη σκουριά. Ωστόσο, για ορισμένους οικονομικούς και τεχνολογικούς λόγους, η χρήση τυπικής αντιδιαβρωτικής προστασίας ή η χρήση μετάλλων με υψηλή αντοχή στη διάβρωση δεν είναι πάντα δυνατή.

Η βέλτιστη λύση σε τέτοιες περιπτώσεις είναι η παθητικοποίηση - είναι μια σχετικά προσιτή και αποτελεσματική μέθοδος προστασίας μετάλλων διαφόρων τύπων. Σύμφωνα με ορισμένους υπολογισμούς, ένα ηλεκτρόδιο με έναν σωστά επιλεγμένο αναστολέα μπορεί να είναι αρκετό για την προστασία από τη διάβρωση μιας υπόγειας γραμμής αγωγού μήκους 8 χιλιομέτρων. Όσον αφορά τα μειονεκτήματα, αυτά εκφράζονται στην τεχνική πολυπλοκότητα της χρήσης μεθόδων ηλεκτροχημικής παθητικοποίησης κατ' αρχήν.