Пассивация: способ защиты от коррозии

Что это такое? Большинство металлов, применяемых в промышленности, в агрессивной внешней среде подвержены коррозии. В результате детали и конструкции изнашиваются, быстро накапливают усталость.

Для чего нужна? Пассивация позволяет защитить изделия от разрушения. На поверхности образуется оксидная или солевая пленка, которая отделяет металл от кислорода и агрессивной среды. Существует несколько способов пассивации, выбор которых зависит от металла и условий эксплуатации.

Процесс пассивации металла

Пассивацией принято называть создание на поверхности металлических деталей тонкого покрытия, которое обеспечивает полноценную защиту от коррозии, препятствуя контакту основного материала с кислородом, содержащимся в окружающем воздухе, или другой агрессивной средой. Благодаря такой обработке на современных производствах материал приобретает свойства, делающие его схожим с благородными металлами.

Такая защитная пленка не только обеспечивает повышенную устойчивость к повреждающему химическому воздействию внешних факторов, но и позволяет улучшить его механические характеристики – твердость и износостойкость.

Для пассивации металла используются специальные вещества – так называемые пассиваторы, которые играют роль барьера, не позволяющего основному материалу вступать в реакцию с агрессивными средами. В ходе такой обработки поверхность изделия становится химически нейтральной.

Обработка осуществляется в несколько этапов. Для пассивации необходимо:

1. зачистить все поверхности изделия шкуркой и тщательно обезжирить;
2. приготовить рабочий раствор, добавив электролит и пассиватор;
3. подключить к электродам источник электричества (одним из них служит сама заготовка, а вторым – корпус ванны с электролитным раствором);
4. выдержать изделие под действием тока в течение требуемого времени;
5. осмотреть извлеченную из раствора заготовку, убедившись, что оксидная пленка нанесена равномерно и качественно, и произвести чистовую обработку.

Для пассивации железа, стальных сплавов и прочих металлов применяются методы, основанные на химическом взаимодействии верхних слоев материала обрабатываемой детали с раствором кислот и солей соответствующих металлов. Результатом обработки становится образование на поверхности заготовки защитного пассивированного слоя, который обладает требуемыми химическими и физическими свойствами.

Например, чтобы сформировать надежное антикоррозийное покрытие на поверхности металлической заготовки, часто пользуются оксидом хрома. Хромирование позволяет придать поверхностному слою металла новые физические и химические характеристики. При правильной обработке образуется равномерное плотное долговечное защитное покрытие.

В процессе пассивации также применяют растворы различных кислот. Чаще всего для этой цели употребляют азотную кислоту – для создания прочной защитной пленки обычно используют ее соли (нитраты).

Пассивирование применяется для:

• улучшения проводимости электрического тока на контактах оборудования;
• профилактики образования и последующего распространения ржавчины на металлических поверхностях;
• защиты сварных соединений от растрескивания и разрушения;
• микротравления по специальным шаблонам;
• финишной обработки изделий и придания им привлекательного внешнего вида.

Пассивация поверхности заготовки позволяет:

• сформировать покрытие, обладающее требуемыми физико-химическими свойствами;
• улучшить внешний вид и потребительские свойства изделий;
• придать поверхности блеск и более эстетичный внешний вид;
• повысить коррозионную стойкость металла;
• изменить в лучшую сторону физические свойства поверхности материала (повысить механическую прочность);

Методы пассивации металлов

Химическая пассивация

Такая обработка производится с применением специальных химических составов. Для того чтобы создать на поверхности пассивирующую пленку, заготовки либо погружают в наполненную раствором ванну, либо покрытие наносят посредством напыления. Главный плюс химических методов обработки – повышение твердости наружных слоев металла.

Электрохимическая пассивация

Для такой обработки используют специальные электролитные растворы с добавлением пассиваторов. После того как на электроды (корпус детали и ванна) подается электрический ток, в растворе начинают появляться и оседать на поверхности заготовки заряженные частицы, постепенно формирующие защитную пленку. Температура жидкой смеси в ходе такой процедуры повышается.

Пассивация различных видов металлов

Пассивация нержавеющей стали

Эта технология широко применяется в промышленном производстве. Для формирования качественного покрытия поверхность детали должна быть тщательно обезжирена. Пассивация позволяет создать надежную защиту металла от коррозии и увеличить срок службы изделия.

Пассивация сварных швов нержавеющей стали

При сваривании деталей из нержавеющей стали из металла в околошовной зоне могут выгореть легирующие добавки, что часто приводит к утрате коррозионной стойкости. Для того чтобы поверхность швов не покрывалась ржавчиной, металл подвергают электрохимической пассивации. Использование несложного в работе электрохимического оборудования позволяет обработать швы, придав металлу зеркальный блеск, – такую технологию называют электрохимической полировкой.

Пассивация меди

Обработку чаще всего производят, используя растворы солей хрома (хроматы). В результате пассивации на поверхности формируется устойчивая к истиранию защитная пленка.

Пассивация алюминия

В обычных условиях на поверхности алюминиевых деталей формируется прозрачная пленка из оксидов. Однако такой слой очень тонкий (всего несколько миллимикрон), а значит, не может обеспечить надежную и долгосрочную защиту от воздействия агрессивных сред, скачков температуры и механических воздействий.

Стойкую защитную пленку на поверхности алюминиевых деталей формируют с помощью анодирования. Такой метод дает возможность создавать пассивный слой толщиной до 0,02 нанометра. Сверхпрочные покрытия, получаемые на некоторых режимах, выдерживают нагрузку до 1 500 кг/мм2.

Пассивация серебра

Для создания защитной пленки на поверхности изделия из серебра обрабатывают раствором двухромовокислого калия (хромпика). Чтобы получить достаточную для пассивирования концентрацию, нужно развести в 1 л воды 60 г этого вещества. Температура раствора должна находиться в пределах +25…+40 °C.

Время выдержки должно быть не меньше получаса. Обработку производят, периодически перемешивая рабочую жидкость. Если воздействию подвергается изделие сложной конфигурации и больших размеров, не следует пытаться наносить покрытие поэтапно на отдельные участки поверхности. Чтобы получить равномерную и качественную защитную пленку, лучше подобрать ванну соответствующих размеров и погружать заготовку в раствор полностью.

Пассивация латуни

К пассивации поверхности латунных деталей часто прибегают в самолетостроении, оружейном производстве и изготовлении медицинского оборудования. Получаемое покрытие, помимо коррозионной стойкости, прочности и долговечности, улучшает внешний вид изделий, что успешно используют в работе ювелиры и художники.

Широко используется пассивирование латунных деталей для получения золотистой поверхности. Эту технологию, в частности, часто применяют рыбаки при изготовлении блесен. Полученное покрытие устойчиво к истиранию, а также к воздействию агрессивных сред и воды.

Пассивация хрома

Такая технология часто применяется для создания защитной пленки на поверхности оцинкованного металла. Обработка подобного рода осуществляется на специализированных производствах – процесс требует отведения и очистки воды.

Пассивация трубопроводов

Для того чтобы защитить поверхность изделий из нержавеющих стальных сплавов, пассивации в обязательном порядке подлежат:

• сварные соединения трубопроводов;
• детали, подвергающиеся в ходе эксплуатации воздействию соленой воды;
• крепежные элементы.

Составы для пассивации

Растворы, применяемые для пассивации металлов, представляют собой сочетание основного действующего вещества и различных добавок. Часто используются хроматы, особенно триоксид хрома, соли калия и натрия. Для приготовления рабочего состава соли смешивают с кислотным раствором в определенных пропорциях. При правильно подобранной концентрации компонентов обработка приводит к формированию равномерного прочного и долговечного покрытия.

Поверхность заготовок из цветных металлов, как правило, пассивируют, используя калийные и натриевые соли. Помимо солей и кислоты, в состав вводят электролиты, которые ускоряют процесс формирования защитного слоя и придают ему необходимую равномерность.

При пассивации поверхности стальных заготовок для разведения солей нередко пользуются раствором азотной кислоты. Для медных деталей чаще всего в состав рабочей жидкости включают серную кислоту, для алюминиевых – фосфорную, а для обработки цинка пользуются сочетанием серной и азотной кислот.

Если обработка проведена правильно, только механическое разрушение защитной пленки может привести к запуску механизма коррозии.

Проверка качества пассивации

Для оценки качества полученного при пассивации защитного покрытия могут использоваться различные методы:

1. Тест на смачивание водой и сушку детали (ASTM A380).
2. Тест на погружение в воду (ASTM A967) выполняется путем помещения обработанных деталей в солевой раствор с концентрацией соли от 3 до 7 %. Далее образец промывается в дистиллированной воде и высушивается на воздухе.
3. Тест на высокую влажность (ASTM A380, ASTM A967) – такие исследования можно провести только в лабораторных условиях с использованием небольших образцов, которые подвергаются воздействию среды, богатой ацетоном или метиловым спиртом (концентрация 97 %), при температуре +37 °C в течение суток. Результаты проверки оцениваются визуально.
4. Ферроксильный тест (ASTM A380, ASTM A967) можно проводить в полевых условиях. В процессе исследования пользуются растворенными в дистиллированной воде азотной кислотой и ферроцианидом калия. Полученную смесь распыляют на образец и выдерживают от 15 до 20 секунд. Появившиеся на поверхности голубоватые пятна сигнализируют о неравномерности пассивации. Чтобы правильно оценить результаты испытания и не повредить защитный слой, необходимы соответствующие квалификация и опыт.
5. Тест на сульфат меди (ASTM A380, ASTM A967) – исследование, которое проводится исключительно в лабораторных условиях. На поверхность образца наносят раствор серной кислоты и сульфата меди в дистиллированной воде. Выдержка составляет 6 минут. Испытание повторяют несколько раз. Результат оценивается визуально. Осмотр позволяет выявить железо только в верхних слоях металла.
6. Циклическая поляризация – этот тест проводится в лабораторных условиях с использованием электролизера. Образцы погружают в электролитный раствор и подвергают воздействию электричества. Напряжение постепенно повышают, доводя до 1,6 V. Измерение тока позволяет очень точно определять коррозионную стойкость поверхности стальных деталей. Результат представляется в виде диаграммы, которую специалисты называют «кривой поляризации».

Пассивация – один из наиболее эффективных способов создания защитной пленки на поверхности изделий из металла от коррозии. Для обеспечения полноценной защиты такое покрытие должно быть равномерным, химически однородным, плотным и достаточно толстым.