Пассивация металлов

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^[1].

Различают химическую и электрохимическую пассивацию металлов. Процесс проводится в растворах окислителей-пассиваторов. Например, пассивация сплавов алюминия в растворе пероксида водорода, азотной кислоты.

При химической обработке металла его поверхность подвергают обработке окислителя. В результате происходит реакция, при которой на поверхности изделия образуется плёнка, которая предотвращает разрушение и коррозию. Ярким примером такого процесса служит воронение стали и чугуна^[2].

При электрохимической пассивации поверхность металла подвергают воздействию окислителя и электрического тока. Для проведения такого процесса используют электролизную ванну с источником постоянного тока. Ионы защищаемого металла под действием тока переходят в раствор, содержащий ионы, способные к образованию очень малорастворимых соединений.

Некоторые металлы способны к самостоятельному образованию плёнки, защищающей от коррозии (самопассивации). Это является естественным процессов и характерно таким металлам, как цирконий, титан, медь, алюминий^[3].

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^[4].

Для пассивации многих металлов используют растворы на основе окисляющих агентов, способных к образованию труднорастворимых соединений (хроматы, молибдаты, нитраты в щелочной среде и др.). Одним из технологических вариантов пассивирования является воронение. 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 — 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.

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