Пассивация металлов: различия между версиями

[отпатрулированная версия]

[непроверенная версия]

Текущая версия от 19:23, 28 марта 2022

Оцинкованное ведро — изделие из стали, защищённое цинковым покрытием от коррозии. Цинк выполняет роль протектора, а так как в обычных условиях он покрыт тонким пассивным слоем, покрытие растворяется не слишком быстро.

Пассива́ция мета́ллов — переход поверхности металла в неактивное, пассивное состояние, связанное с образованием тонких поверхностных слоёв соединений, препятствующих коррозии. В технике пассивацией называют технологический процесс защиты металлов от коррозии с помощью специальных растворов или процессов, приводящих к созданию оксидной плёнки на поверхности металла (Cu, Ti, Zn, Cr, Al и т. д.).

Механизм пассивации

При взаимодействии металлов с теми или иными компонентами растворов (расплавов) в определённом диапазоне потенциалов на поверхности металла образуются адсорбционные или фазовые слои (плёнки). Эти слои образуют плотный, почти непроницаемый барьер, благодаря чему коррозия сильно замедляется или полностью прекращается.

Пассивация проводится химически или электрохимически. В последнем случае создаются условия, когда ионы защищаемого металла под действием тока переходят в раствор, содержащий ионы, способные к образованию очень малорастворимых соединений.

Виды пассивации

Анодная
Катодная

Пассивация литиевых источников тока

Под пассивацией понимается процесс образования на литиевом аноде тонкой плёнки с высоким сопротивлением. Эта плёнка формируется в результате взаимодействия электролита с литиевым анодом. Данная плёнка замедляет процесс разряда и разложения лития, уменьшает скорость саморазряда и продлевает срок хранения аккумулятора. Негативным последствием пассивации является задержка напряжения.

При приложении к ячейке нагрузки высокое сопротивление пассивационной плёнки вызывает резкое падение (задержку) напряжения. Процесс разряда постепенно разрушает плёнку, тем самым, снижая внутреннее сопротивление ячейки. Это приводит к увеличению напряжения ячейки, которое должно оставаться стабильным во время разряда при неизменных прочих условиях протекания процесса. При увеличении нагрузки после стабилизации напряжения оно может снова упасть до того момента, когда пассивационная плёнка вновь не будет полностью удалена. Если убрать или уменьшить нагрузку пассивационная плёнка восстановится и станет влияющим фактором при следующем использовании. Существует несколько факторов, влияющих на степень пассивации и на длину и глубину задержки напряжения:

нагрузочная способность ячейки. При высоком токе нагрузки задержка увеличивается, при малом — почти не ощутима;
химический состав. Даже незначительные изменения химического состава влияют на пассивацию;
длительность хранения. Обычно длительность хранения прямо пропорционально степени пассивации. Поэтому старые ячейки более подвержены эффекту задержки напряжения;
температура хранения. Слишком высокая температура хранения увеличивает степень пассивации. Особенно серьёзные проблемы могут возникнуть при хранении ячеек в непроветриваемом помещении при высокой температуре. Рекомендуется хранить ячейки в помещениях с контролем климата;
температура разряда. Подобно хранению при высокой температуре разряд при низкой температуре способствует пассивации;
условия предыдущего разряда. Частичный разряд, а затем удаление нагрузки увеличивают степень пассивации по сравнению с новой ячейкой. Поэтому при вторичном использовании задержка напряжения бывает более ярко выраженной.

Обычно задержка напряжения, вызванная пассивацией, не доставляет проблем пользователям литиевых ячеек, однако эффект пассивации необходимо учитывать.

Пассивация металлов в технике

Пассивация является одним из методов защиты металлов от коррозии. Часто используется образование на поверхности металла (металлических изделий) защитных слоев — плёнок оксидов при действии окислителей.

Одним из технологических вариантов пассивирования является воронение.
Для пассивации многих металлов используют растворы на основе окисляющих агентов, способных к образованию труднорастворимых соединений (хроматы, молибдаты, нитраты в щелочной среде и др.)
Оцинкованные детали часто пассивируют, подвергая хроматированию.
Пассивирование применяется для защиты от внутренней коррозии трубопроводов, котельного и теплообменного оборудования. Для этого, приложив к трубопроводу направленное радиально (то есть поперек оси трубы) электрическое поле, возможно электрически оттянуть свободные электроны металла, находящегося на внутренней поверхности трубы, по направлению к внешней поверхности. В результате металл на внутренней поверхности трубопровода не может вступить в химическую реакцию.

Перепассивация[править | править код]

Перепассивация — это нарушение пассивного состояния, возникающее при превышении потенциалом металла критического значения, вследствие чего меняется характер протекающих на его поверхности реакций. Перепассивация возможна для всех пассивирующихся материалов, в частности - в таких марках сталей как: 08Х18Н10Т, 20Х13, 30Х13, 40Х13, 15Х17.

Дополнительные операции[править | править код]

После пассивации или наполнения пассивирующего покрытия поверхность металла нередко подвергают дополнительной обработке — ингибиторами, окрашиванию или лакированию и др.

Литература

Томашов Н. Д., Чернова Г. П. Пассивность и защита металлов от коррозии. — М., 1965.
Скорчеллетти В. В. Теоретические основы коррозии металлов. — Л., 1973.
Новаковский В. М. Обоснование и начальные элементы электрохимической теории растворения окислов и пассивных металлов // В сб.: Коррозия и защита от коррозии. Т. 2. — М., 1973.

Ссылки

Пассивация при изготовлении полупроводниковых приборов Архивная копия от 7 ноября 2010 на Wayback Machine

@@ Строка 1: / Строка 1: @@
 [[Файл:A metal bucket.jpg|thumb|Оцинкованное ведро — изделие из стали, защищённое [[цинк]]овым покрытием от коррозии. Цинк выполняет роль протектора, а так как в обычных условиях он покрыт тонким пассивным слоем, покрытие растворяется не слишком быстро.]]
-'''Пассива́ция мета́ллов''' — переход поверхности [[металл]]а в неактивное, пассивное состояние, связанное с образованием тонких поверхностных слоёв соединений, препятствующих [[коррозия|коррозии]].
+'''Пассива́ция мета́ллов''' — переход поверхности [[металл]]а в неактивное, пассивное состояние, связанное с образованием тонких поверхностных слоёв соединений, препятствующих [[коррозия|коррозии]]. В технике пассивацией называют технологический процесс защиты металлов от коррозии с помощью специальных растворов или процессов, приводящих к созданию [[оксидная плёнка|оксидной плёнки]] на поверхности металла (Cu, Ti, Zn, Cr, Al и т. д.).
-В технике пассивацией называют технологический процесс защиты металлов от коррозии с помощью специальных растворов или процессов, приводящих к созданию [[оксидная плёнка|оксидной плёнки]].
 == Механизм пассивации ==
-При взаимодействии металлов с теми или иными компонентами растворов (расплавов) в определённом диапазоне потенциалов на поверхности металла образуются <u>адсорбционные или фазовые слои (плёнки)</u>. Эти слои образуют плотный, почти непроницаемый барьер, благодаря чему коррозия сильно замедляется или полностью прекращается.
+При взаимодействии металлов с теми или иными компонентами растворов (расплавов) в определённом диапазоне потенциалов на поверхности металла образуются адсорбционные или фазовые слои (плёнки). Эти слои образуют плотный, почти непроницаемый барьер, благодаря чему коррозия сильно замедляется или полностью прекращается.
 Пассивация проводится химически или электрохимически. В последнем случае создаются условия, когда ионы защищаемого металла под действием тока переходят в раствор, содержащий ионы, способные к образованию очень малорастворимых соединений.
@@ Строка 14: / Строка 13: @@
 == Пассивация литиевых источников тока ==
 Под пассивацией понимается процесс образования на литиевом аноде тонкой плёнки с высоким сопротивлением. Эта плёнка формируется в результате взаимодействия электролита с литиевым анодом. Данная плёнка замедляет процесс разряда и разложения лития, уменьшает скорость саморазряда и продлевает срок хранения аккумулятора. Негативным последствием пассивации является задержка напряжения.
 При приложении к ячейке нагрузки высокое сопротивление пассивационной плёнки вызывает резкое падение (задержку) напряжения. Процесс разряда постепенно разрушает плёнку, тем самым, снижая внутреннее сопротивление ячейки. Это приводит к увеличению напряжения ячейки, которое должно оставаться стабильным во время разряда при неизменных прочих условиях протекания процесса. При увеличении нагрузки после стабилизации напряжения оно может снова упасть до того момента, когда пассивационная плёнка вновь не будет полностью удалена. Если убрать или уменьшить нагрузку пассивационная плёнка восстановится и станет влияющим фактором при следующем использовании. Существует несколько факторов, влияющих на степень пассивации и на длину и глубину задержки напряжения:
 * нагрузочная способность ячейки. При высоком токе нагрузки задержка увеличивается, при малом — почти не ощутима;
@@ Строка 21: / Строка 21: @@
 * температура разряда. Подобно хранению при высокой температуре разряд при низкой температуре способствует пассивации;
 * условия предыдущего разряда. Частичный разряд, а затем удаление нагрузки увеличивают степень пассивации по сравнению с новой ячейкой. Поэтому при вторичном использовании задержка напряжения бывает более ярко выраженной.
-Обычно задержка напряжения, вызванная пассивацией, не доставляет проблем пользователям литиевых ячеек. Однако, эффект пассивации необходимо учитывать.
-<!-- вставка из англовики для адаптации
-'''Passivation''' is the process of making a material «passive» in relation to another material prior to using the materials together. For example, prior to storing [[hydrogen peroxide]] in an [[aluminium]] container, the container can be passivated by rinsing it with a dilute solution of [[nitric acid]] and peroxide alternating with [[deionized water]]. The nitric acid and peroxide [[oxidize]]s and dissolves any impurities on the inner surface of the container, and the deionized water rinses away the acid and oxidized impurities.
-In the context of [[corrosion]], '''passivation''' is the spontaneous formation of a hard non-reactive surface film that inhibits further corrosion. This layer is usually an oxide or nitride that is a few atoms thick. Under normal conditions of [[pH]] and [[oxygen]] [[concentration]], passivation is seen in such materials as [[aluminium]], [[magnesium]], [[copper]], [[stainless steel]], [[titanium]], and [[silicon]]. Ordinary [[steel]] can form a passivating layer in [[alkali]] environments, as [[rebar]] does in [[concrete]]. The conditions necessary for passivation are recorded in [[Pourbaix diagram]]s. Some [[corrosion inhibitor]]s help the formation of a passivation layer on the surface of the metals to which they are applied.
-== Passivation of specific materials ==
-[[Aluminum]] may be protected from oxidation by [[anodizing]] and/or allodizing (sometimes called ''Alodining''), or any of an assortment of similar processes. (See terminology, below.) In addition, stacked passivation techniques are often used for protecting aluminum. For example, chromating is often used as a sealant to a previously-anodized surface, to increase resistance to salt-water exposure of aluminum parts by nearly a factor of 2 versus simply relying on anodizing.
-[[Iron]] based (ferrous) materials, including [[steel]], may be somewhat protected by promoting oxidation («rust») and then converting the oxidation to a metalophosphate by using [[phosphoric acid]] and further protected by surface coating. As the uncoated surface is water-soluble a preferred method is to form [[manganese]] or [[zinc]] compounds by a process commonly known as [[parkerize|Parkerizing]]. Older, less-effective but chemically-similar electrochemical conversion coatings included [[bluing (steel)|bluing]], also known as black oxide.
-[[Nickel]] can be used for handling elemental [[fluorine]], thanks to a passivation layer of nickel fluoride.
-== Terminology for assorted passivation processes ==
-[[Bluing (steel)|Bluing]], also known as black oxide, and sometimes called ''browning'' when used in reference to historical processes dating from the 18th Century, is a passivation coating for the surfaces of iron and steel objects. It is one of the oldest passivation processes.
-Newer, proprietary (and/or trademarked) processes for conversion coatings include ''[[Parkerize]]d'' for passivating steel, dating to roughly 1912, and ''Alodine'' for passivating aluminum; both are trademarked processes and are now owned by Henkle Surface Technologies. [http://automotive.henkel.com/Products/Coatings/], [http://automotive.henkel.com/Brands/Alodine/]
-''Chem film'' is any generic [[chromate conversion coating]] used to passivate aluminium. One such example is
-{{US patent|5304257}}. In general, however, ''chromate'' can also mean any of several chromate conversion coatings that can be applied to a much wider range of metals and alloys than just to aluminum. In recent years, chromate coatings have become less popular due to concerns over environmental pollution from using such processes.
-''Iridite'' is another trademarked name of a whole family of proprietary conversion coatings owned by MacDermid. A competing conversion coating used on aluminum, that somewhat ameleriorates the environmental pollution concerns caused by chromate coatings, it often appears as a slightly yellowish coating, of roughly the same color as a yellow highlighting pen used to mark text on paper. [http://www.macdermid.com/industrial/aluminum.html]
+Обычно задержка напряжения, вызванная пассивацией, не доставляет проблем пользователям литиевых ячеек, однако эффект пассивации необходимо учитывать.
-== Rationale for passivating aluminum ==
-Aluminum naturally forms an oxide almost immediately that protects it from further oxidation in many environments. Unfortunately, this naturally-occurring oxide provides no protection during exposure to any saltwater spray environments, such as occurs in areas near bodies of saltwater. In such coastal environments, unprotected aluminum will turn white, corrode, and largely vanish over periods of exposure as short as a few years. The only way to prevent this from occurring is to use a more robust conversion coating on aluminum surfaces that will not be affected by the saltwater atmosphere. Alodine, Iridite, and chem film coatings can provide varying amounts of protection for aluminum surfaces.
-== Further reading ==
-[[ASTM]] A967 provides advice for the passivation of stainless steel parts.
-Chromate Conversion Coat (Chemical Film) Per MIL-C-5541 For Aluminum and Aluminum Alloy Parts
-== References ==
-A standard overview on black oxide coatings is provided in MIL-HDBK-205, ''Phosphate & Black Oxide Coating of Ferrous Metals''. Many of the specifics of Black Oxide coatings may be found in MIL-DTL-13924 (formerly MIL-C-13924). This Mil-Spec document additionally identifies various classes of Black Oxide coatings, for use in a variety of purposes for protecting ferrous metals against rust.
-* {{Harvard reference | Surname=Budinski | Given=Kenneth G. | Title=Surface Engineering for Wear Resistance | Publisher=Prentice Hall | Place=[[Englewood Cliffs, New Jersey]] | Year=1988 | p. 48}}
-* {{Harvard reference | Surname=Brimi | Given=Marjorie A. | Title=Electrofinishing | Publisher=American Elsevier Publishing Company, Inc. | Place=[[New York, New York]] | Year=1965 | pp. 62-63 }}.
-эта вставка — канва из БСЭ, её прямо использовать нельзя.
-П. вызывается поверхностным окислением металлов. Практическое значение П. исключительно велико, так как все конструкционные металлы без их самопроизвольного П. подвергались бы быстрой коррозии не только в агрессивных химических средах, но и во влажной земной атмосфере или пресной воде.
-Если погрузить металл, склонный к П., в неокислительный водный раствор электролита, подключить его к источнику тока, позволяющему задавать любые значения потенциала (так называемому потенциостату) и записать зависимость плотности тока растворения металла от задаваемого потенциала, то получится поляризационная кривая, близкая к представленной на рисунке. Кривая показывает, что П. металла начинается при потенциале пассивации Еп и критической плотности тока iп. С увеличением потенциала от Еп до Епп (потенциала полной пассивации) плотность тока не увеличивается, а снижается в результате П. иногда в 104—105 раз (до iпп) и далее сохраняется почти без изменений вплоть до потенциала перепассивации Епер.
-Наблюдаемое затем новое ускорение растворения связывают с перепассивацией, или транспассивным состоянием. Интервал от Епп до Епер называют областью пассивного состояния. В присутствии ионов Cl-, Br-, I- местное сильное растворение («питтинг») некоторых пассивных металлов начинается ещё при потенциале Епит < Епер.
-Все перечисленные величины являются важными характеристиками поведения металлов и при коррозии под действием окислителей. Так, металл коррелирует с минимальной скоростью (эквивалентной плотности тока в полностью пассивном состоянии iпп) тогда, когда окислительно-восстановительный потенциал среды Ео-в удовлетворяет условию Епп < Ео-в < Епер. Для того чтобы П. было самопроизвольным (при отсутствии внешних источников тока), скорость восстановления окислителя при Еп должна быть не меньше iп. Например, разбавленные растворы азотной кислоты в отношении хрома удовлетворяют обоим этим условиям, а в отношении железа -только первому. Соответственно Cr в них пассивируется сам, a Fe только может сохранять пассивное состояние, созданное каким-то способом ранее. Поскольку для Cr iп и iпп в сотни раз меньше, чем для Fe, а Епп и Епер — на 0,4-0,5 в отрицательнее, Cr несравненно устойчивее Fe в слабо окислительных средах, но вследствие перепассивации значительно сильнее разрушается в сильных окислителях (дымящей азотной кислоте, кислотах с добавками перманганатов, хроматов и др.). Сильное повышение концентрации кислоты или щёлочи обычно ведёт к увеличению iп и iпп, и в таких средах устойчивы лишь некоторые металлы. Среди них наибольшее значение имеют Cr, Ni и богатые ими сплавы, Ti, Zr. В нейтральных средах к П. в той или иной мере склонна большая часть металлов. В неводных растворах П. часто оказывается возможным только в присутствии влаги. В теории П. важная роль отводится как адсорбции кислорода, так и образованию окисных слоев.
-Перепассивация вызывается образованием высших кислородных соединений металла, которые либо растворяются целиком, давая анионы (CrO42-), либо отдают в раствор свои катионы, распадаясь с выделением кислорода (NiO2). Источниками кислорода, участвующего в образовании пассивирующих слоев, могут быть некоторые окислители (H2O2, HNO3). П. могут способствовать анионы, дающие с металлом труднорастворимые соли или смешанные окислы. Однако наиболее универсальным источником пассивирующего кислорода является химически или электрохимически взаимодействующая с металлом вода.
-В технике термин «П.» означает также специальную химическую или электрохимическую обработку металла в подходящем растворителе, повышающую стойкость его исходного пассивного состояния (П. алюминиевой посуды в 30%-ной HNO3, цинковых покрытий в хроматных растворах и т. д.). Вещества, главным образом окислители, с помощью которых производится П., называются пассиваторами.
--->
 == Пассивация металлов в технике ==
@@ Строка 78: / Строка 29: @@
 * Одним из технологических вариантов пассивирования является [[воронение]].
 * Для пассивации многих металлов используют растворы на основе окисляющих агентов, способных к образованию труднорастворимых соединений (хроматы, молибдаты, нитраты в щелочной среде и др.)
 * Оцинкованные детали часто пассивируют, подвергая [[хроматирование|хроматированию]].
 * Пассивирование применяется для защиты от внутренней коррозии трубопроводов, котельного и теплообменного оборудования. Для этого, приложив к трубопроводу направленное радиально (то есть поперек оси трубы) электрическое поле, возможно электрически оттянуть свободные электроны металла, находящегося на внутренней поверхности трубы, по направлению к внешней поверхности. В результате металл на внутренней поверхности трубопровода не может вступить в химическую реакцию.
-=== Пассивация ===
+=== Перепассивация ===
-'''Пассивация''' — это явление снижения скорости газовой коррозии при понижении парциального давления.
+Перепассивация — это нарушение пассивного состояния, возникающее при превышении потенциалом металла критического значения, вследствие чего меняется характер протекающих на его поверхности реакций. Перепассивация возможна для всех пассивирующихся материалов, в частности - в таких марках сталей как: 08Х18Н10Т, 20Х13, 30Х13, 40Х13, 15Х17.
-Пассивация возникает из-за образования на поверхности металла (Cu, Ti, Zn, Cr, Al и т. д.) плёнки.
-'''Перепассивация''' — это нарушение пассивного состояния. Возникает при повышении парциального давления выше критического.
-Перепассивация встречается в таких марках сталей как: 08Х18Н10Т, 20Х13, 30Х13, 40Х13, 15Х17.
-=== Наполнение пассивированных покрытий ===
 === Дополнительные операции ===
@@ Строка 99: / Строка 40: @@
 == Литература ==
-* Томашов Н. Д., Чернова Г. П., Пассивность и защита металлов от коррозии, М., 1965;
+* Томашов Н. Д., Чернова Г. П. Пассивность и защита металлов от коррозии. — М., 1965.
-* Скорчеллетти В. В., Теоретические основы коррозии металлов, Л., 1973;
+* Скорчеллетти В. В. Теоретические основы коррозии металлов. — Л., 1973.
-* Новаковский В. М., Обоснование и начальные элементы электрохимической теории растворения окислов и пассивных металлов, в сборнике: Коррозия и защита от коррозии, т. 2, М., 1973.
+* Новаковский В. М. Обоснование и начальные элементы электрохимической теории растворения окислов и пассивных металлов // В сб.: Коррозия и защита от коррозии. Т. 2. — М., 1973.
 == Ссылки ==
-* [http://issh.ru/content/impulsnye-istochniki-pitanija/vybor-poluprovodnikovykh-komponentov/passivatsija/202/ Пассивация при изготовлении полупроводниковых приборов]
+* [http://issh.ru/content/impulsnye-istochniki-pitanija/vybor-poluprovodnikovykh-komponentov/passivatsija/202/ Пассивация при изготовлении полупроводниковых приборов] {{Wayback|url=http://issh.ru/content/impulsnye-istochniki-pitanija/vybor-poluprovodnikovykh-komponentov/passivatsija/202/ |date=20101107185329 }}
-=== На английском языке ===
-* [https://web.archive.org/web/20060203034808/http://automotive.henkel.com/Products/Coatings/ Henkel Surface Technologies] Current owner of Parco-Lubrite (a manganese phosphating process, ''Parkerizing'' process) and other conversion coatings/passivation processes. (Parco is a registered trademark of Henkel Surface Technologies.)
-* [https://web.archive.org/web/20070212163233/http://www.finishing.com/Chemicals/macdermid.shtml MacDermid Industrial Products, Inc.] Owner of numerous trademarked passivation processes.
 [[Категория:Электрохимия]]