Пассивирование металла: назначение, технология, методы

Нержавеющая сталь – это особый металл, длительное время не поддающийся коррозии. Из нее изготавливаются различные детали и декоративные предметы. Но если изделие будет использоваться в сложных условиях, в которых коррозия грозит даже ему, то обязательно проводится пассивирование металла.

Суть и общее описание процедуры

Пассивирование металлов

Пассивирование металлов

Даже нержавеющая сталь, не может сохранять свои свойства вечно. Есть негативные внешние факторы, которые способствуют постепенному ее окислению и разрушению.

Иногда процессы деструкции заходят настолько далеко, что деталь или изделие становится полностью непригодным для использования.

Пассивация стали – специальная процедура, позволяющая защитить ее от коррозии. Внутри любого металла содержится большое количество таких элементов, как марганец, ниобий, молибден, никель. Но основным веществом, которое используется в технологическом процессе, является хром.

Чтобы придать нержавеющей стали те или иные свойства, специалисты добавляют в ее состав разные элементы. Но защитить материал от коррозии способен хром. Свойства нержавеющего металла зависят от количественного соотношения представленного элемента в нем:

Влияние хрома на свойства нержавеющей стали

Влияние хрома на свойства нержавеющей стали

  • 12% – материал будет устойчивым только к губительному воздействию воздуха;
  • 17% – сталь не повреждается азотной кислотой;
  • 18% и более – деталь станет устойчивой к разрушительному влиянию более агрессивных веществ.

Но не только содержание определенных химических веществ увеличивает пассивность нержавеющей стали к коррозии. Защитная пленка на ее поверхности не должна быть повреждена. Лучше, если она имеет одинаковую толщину и химический состав.

Области пассивирования

Чтобы нержавеющая сталь не разрушалась длительное время, нужно обязательно пассивировать такие области:

  • конструкции из труб (чаще всего они обрабатываются при помощи сварки);
  • места, где присутствуют крепежи (тут детали поддаются механической обработке);
  • конструкции, контактирующие с соленой водой (их разрушение происходит быстрее).

Пассивация труб и трубопроводов

Пассивация труб и трубопроводов

Однако, такая процедура не всегда необходима. Если на изделие не будут воздействовать слишком агрессивные внешние факторы, то нет надобности в проведении такой обработки. Иногда процедура может сделать только хуже.

Свойства металла после обработки

Химическое пассивирование, или другие его способы, обеспечивают такие свойства стали:

Химическое пассивирование

Химическое пассивирование

  • При добавлении хрома: 12–14% – нержавейка может использоваться в условиях, где наблюдается повышенное количество водяного пара, есть возможность попадания на поверхность изделия уксусной или азотной кислоты.
  • При добавлении 16–18% указанного элемента обеспечивает устойчивость к коррозии при температуре до 900 градусов, к парам серы, мылу, растворам органических кислот.
  • При использовании марганца, хрома и никеля. Нержавейка становится неуязвимой для уксусной и молочной кислот. Это позволяет использовать ее в пищевой промышленности.
  • При добавлении молибдена. На детали не смогут подействовать серная и уксусная кислоты.
  • Другие добавки позволяют избежать коррозии нержавейки в малоагрессивной среде, а также при нагрузках растяжения. Важно помнить, что она способна разрушаться не только извне, но и изнутри.

Требования к химическому покрытию

Требования к химическому покрытию

Пассивизация: сталь приобретает свойства золота

Жёлтая пассивация

Целью пассивирования является создание на поверхности металла рукотворной «анти ржавчины», которая снижает химическую активность материала.

В ходе этой процедуры внешний слой обрабатываемых материалов приобретает характеристики, которые делают их сходными с благородными металлами – они становятся устойчивыми к окислению и другим агрессивным воздействиям.

Нужно отметить, что универсальных способов пассирования не существует – каждому металлу нужен свой подход. На практике это отражается в составлении специальных составов электролитов, разработке индивидуальных режимов воздействия и расчете показателей тока для каждой отдельной процедуры пассивизации металла.

Для создания фазовых или адсорбционных плёнок, образующих плотный барьер для коррозии, используется электрохимический или химический метод.

Электрохимический способ: использование электролита и тока

Данный метод основан на изменении свойств металлов при их погружении в электролит и гальванизации. При этом для каждого отдельного случая электролит подбирается индивидуально. Анодом служит металл, который по своим химико-физическим параметрам отвечает задачам пассирования.

Металл погружается в ванну с электролитом, после чего подаётся поляризующий ток заданного силы и напряжения. Результатом процедуры является появление на поверхности изделия плёнки, препятствующей возникновению обратного «ионного тока». Это способствует образованию оксидного слоя, который успешно противостоит воздействию окислителей.

Электрохимический метод применяют для пассирования меди с помощью хромосодержащих составов. Для создания оксидной плёнки на цинке используют серную кислоту и дихромат натрия, для алюминия – фторводородный состав.

Электрохимическая пассивация Химическая пассивация

Химический способ: окислить, чтобы защитить от окисления

Этот метод подразумевает использование растворов окислителей, которые при взаимодействии с металлом образуют на его поверхности оксидную плёнку. Чтобы процесс был контролируемым, и окисление не затронуло более глубокие слои, применяются специальные составы-нейтрализаторы.

Процедура химического пассирования включает в себя следующие этапы:

  • зачистка поверхности при помощи абразивных материалов с последующим обезжириванием;
  • смывание обезжиривающих составов сначала горячей, затем холодной водой;
  • нанесение реагента на заданный период времени;
  • использование кальцинированной соды в качестве нейтрализатора химического пассиватора;
  • промывка в холодной воде поточным методом, сушка тёплым воздухом;
  • использование оптических датчиков для контроля свойств поверхности.

Если инструментальный и визуальный контроль даёт неудовлетворительные результаты, то процедуру повторяют заново, начиная с первого шага.

Применение пассивации

К основным задачам пассивации относятся:

  • предотвращение коррозийных процессов, протекающих в верхних слоях металла;
  • защита от разрушения вновь созданных соединений, например, в месте сварочного шва (пассивациясварных швов);
  • повышение электропроводности в месте электрического контакта;
  • создание печатных плат по подготовленным шаблонам (травление);
  • обработка готового изделия с целью придания новых декоративных и потребительских свойств.

Первая задача решается для большого количества металлов и их сплавов.Одним вариантов такой защиты является воронение. Во втором случае для создания прочного сварного соединения применяется пассивация анодов и конечная обработка полученного соединения после сварки. Проведение пассивации позволяет значительно повысить герметичность, полученных соединений. Это особенно важно припрокладке трубопроводов. Такая обработка очень полезна при проведении сварки трудно свариваемых металлов, например алюминия. Пассивация меди или латуни производится для создания временной защиты от потускнения поверхности изделия на определённый срок (обычно около месяца). Иногда это используется как временная консервация подготовленных деталей для хранения между операциями дальнейшей обработки или сборки.

Пассивация сварного шва

Данный вид обработки необходим при эксплуатации изделий из металлов в следующих случаях:

  • применение крепёжных элементов, особенно в условиях агрессивных сред и больших механических нагрузок;
  • при сборке трубопроводов, особенно в местах сварных швов;
  • для защиты котельного оборудования;
  • деталей машин и механизмов, контактирующих с морской водой;
  • элементы конструкций, работающих при изменении температурных режимов;
  • отдельные элементы ручного и механического инструмента;
  • готовые изделия, применяемые в быту (дверные ручки, мебельная фурнитураи тому подобное);
  • декоративные поделки для интерьера;
  • в радиоэлектронике для улучшения качества контактов;
  • ювелирные украшения.

Решение задач повышения электропроводности решается с помощью нанесения наповерхность изготовленных контактов тонкого слоя металл, обладающего повышенной электропроводностью, например золота или серебра.

Причины устойчивости металла

Процесс коррозии характеризуется тем, что постепенно окисляясь под воздействием негативных факторов, поверхность нержавеющей стали разрушается. Если не предпринимать никакие меры, то деструкция будет поражать более глубокие его слои.

Таблица устойчивости металлов в разных средах

Таблица устойчивости металлов в разных средах

Пассивирование металла позволяет избежать представленной проблемы. Поверхность изделия покрывается защитной оксидной пленкой, а специальные добавки, входящие в раствор для обработки, улучшают свойства нержавейки. Новый материал не имеет повреждений.

В промышленных условиях есть возможность получить идеальный по толщине и однородности слой защиты от коррозии. Если условия, в которых будет использоваться изделие, не слишком агрессивные, то дополнительная обработка ему не нужна. Важно помнить, что механическое повреждение стали дает толчок коррозионным процессам.

Услуги ПЗКИ по пассивизации металла

ООО «Первый Завод Крепежных Изделий» предлагает профессиональную услугу химической и электрохимической пассивизации металла. В ПЗКИ можно заказать пассирование различных металлов по умеренным ценам.

В частности, наше предприятие проводит:

Черную пассивизацию. Процедура проводится по электрохимическому методу – изделия и материалы с цинковым покрытием погружаются в составы на основе хроматов, при гальванизации на поверхности образуется защитная оксидная плёнка. Она представляет собой химически устойчивый барьер от воздействия атмосферных и иных факторов, а также улучшает внешний вид изделия. Толщина слоя – 9-12 мкм.

Бело-голубую пассивацию металла. Для этой цели используют специальный состав, который при погружении в него металлоконструкции приводит к образованию на ней защитной глянцевой плёнки голубого цвета. Покрытие имеет толщину 9-12 мкм и отличается равномерностью, устойчиво к воздействию влаги и обесцвечиванию.

Желто-радужную пассивацию. Данный вид обработки оцинкованной поверхности изделий из металла может сочетаться с хроматированием, что и приводит к её окрашиванию в желто-радужный цвет. При этом металл погружается в специальный состав, содержащий хроматы и биохроматы. Защитный слой имеет толщину 9-12 мкм.

Технология

Для придания стали нержавеющих свойств в ее состав добавляют определенные химические элементы, чаще всего – хром, никель, марганец. Процесс пассивирования металла подразумевает увеличения массовых долей «укрепляющих» веществ. В составе таких сплавов можно обнаружить медь, титан, свинец, молибден и пр. Можно утверждать, что пассивация – это образование на поверхности нержавейки тонкой оксидной пленки, обеспечивающей надежную защиту от коррозии. Даже при ее повреждении разрушение слоев не начнется.

Пассивация производится химическим или электрохимическим способом.

  • При химическом нержавеющая сталь обрабатывается 10%-ым раствором бихромата калия. Обработка проводится на протяжении часа при комнатной температуре. При увеличении t до 60С время воздействия сокращается до 20 минут.
  • Электрохимический подразумевает использование электролита с содержащимся в нем раствором бихромата калия (20–30г/л), фосфата натрия и едкого натрия (соответственно 20–25 г/л и 5г/л). Время воздействия от 3 до 5 секунд, температура обработки 80–85С.

Еще один вариант проведения пассивации – обработка металлоизделия 25–30%-ым раствором NaNO2. Данная методика работает при нахождении деталей в нейтральной среде.

Высоколегированная нержавеющая сталь, подвергшаяся подобному вмешательству, приобретает существенно более высокие показатели устойчивости к окислению. Не всегда есть потребность в ограждении от коррозии деталей на длительный срок. Порой достаточно создания временной защитной пленки. В этих целях применяют растворенный нитрит натрия, дополненный глицерином, которым покрывают металлическую поверхность.

Легированные сплавы пассивируют в концентрате азотной кислоты. В некоторых случаях оправдано добавление в состав двухромовокислого калия.

Сама процедура создания оксидной пленки не вызывает сложностей у специалистов. Опасность состоит в возможности начала травления. Именно поэтому необходимо контролировать момент выделения газов.


  • Пассивация нержавеющей стали
  • Коррозия металлов
  • Нержавеющий лист: эксплуатация в агрессивной среде

Чем обусловлена высокая коррозионная устойчивость нержавеющих сталей

Суть такого явления, как коррозия, состоит в том, что поверхность металла под воздействием негативных внешних факторов и окружающей среды начинает разрушаться. Что характерно, коррозия из-за постоянного окисления поражает металл слой за слоем, постепенно разрушая внутреннюю структуру стали. Во многих случаях локализовать пораженные участки внутренней структуры металла уже не имеет смысла, поэтому стальные изделия приходится заменять на новые.

» data-lazy-type=»iframe» src=»data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″>

Пассивирование (или пассивация) как технология, позволяющая обеспечить надежную защиту стали от коррозии, лежит в основе создания такого уникального металла, каким является нержавеющая сталь. В химическом составе преимущественного большинства сталей, относящихся к нержавеющей категории, могут содержаться различные элементы:

  • никель;
  • молибден;
  • кобальт;
  • ниобий;
  • марганец.

Однако основным легирующим элементом таких сталей, количество которого в их составе может варьироваться в пределах 12–20%, является хром. Добавление различных легирующих элементов в состав нержавеющих сталей позволяет придать им требуемые физико-химические характеристики, но именно хром отвечает за коррозионную устойчивость стального сплава.

Влияние хрома на свойства нержавеющей стали

Влияние хрома на свойства нержавеющей стали

Нержавеющие стальные сплавы, в составе которых содержится 12% хрома, проявляют высокую коррозионную устойчивость только при взаимодействии с окружающим воздухом. Если количество хрома в химическом составе нержавеющей стали увеличить до 17%, то изделия из нее смогут спокойно взаимодействовать с азотной кислотой, не утрачивая при этом своих эксплуатационных характеристик.

Чтобы сделать металл устойчивым к еще более агрессивным средам, к числу которых относятся соляная, серная и другие кислоты, в нем не только увеличивают количественное содержание хрома, но и добавляют в его состав такие элементы, как медь, молибден, никель и др. Иными словами, выполняют пассивирование металла, то есть увеличивают его пассивность к коррозионным процессам.

В процессе пассивации зоны сварочного шва образуется прочная пленка

В процессе пассивации зоны сварочного шва образуется прочная пленка

Пассивация, при которой в химический состав нержавеющей стали добавляют соответствующие легирующие элементы, – это не единственное условие высокой коррозионной устойчивости металла. Чтобы защитные свойства нержавеющей стали оставались на высоком уровне, оксидная пленка на ее поверхности, состоящая преимущественно из оксида хрома, должна быть целой, иметь однородный химический состав и толщину.

Пассивирование стали

Входящее в состав любых видов сталей железо, как её основа, подвержена коррозии больше, чем какой-бы то ни было металл. Лучшей защитой от коррозии для железосодержащих материалов является добавление легирующих добавок в железный расплав, которые делают сталь нержавеющей. Но нержавеющая сталь дорога. Поэтому защитить более простые марки стали от ржавчины можно обработкой их в электролитических ваннах с добавлением в электролит ингибиторных пигментов в виде суриков – железных или свинцовых.

Указанные пигменты могут работать и как химические пассиваторы, без применения сложного механизма их соединения с покрываемым металлом. Нанесение таких пигментов осуществляется обычными малярными принадлежностями, и связано обычно с большими габаритами обрабатываемых поверхностей, которые не поместишь в электролитическую ванну (корпуса судов всех видов). Но в этом случае защитное действие будет слабее.

При анодном же покрытии с помощью пигментов в пограничном обрабатываемом внешнем слое возникает высокая плотность тока в порах образуемой защитной плёнки. В железе как части стального сплава защитные оксидные плёнки в естественных условиях образоваться не могут, то пассивирование возможно только в случае включения в механизм покрытия пигментов-ингибиторов.

Но основное различие в образовании защитных слоёв на металле методами химической и электролитической пассивации заключается в скорости процесса и прочности образуемой фазовой плёнки. Ведь и в химической ванне, и в ней же, но с добавленным к процессу электрическим током и напряжением процесс образования оксидной или солевой плёнки идёт по одному сценарию.

химическое пассивирование

Причины появления коррозии на металле

Коррозия – разрушение поверхности стали под воздействием внешних негативных факторов. Даже химическая обработка поверхности не всегда способна защитить материал от развития деструктивных процессов во внутренних слоях. Существуют такие причины развития коррозии нержавеющего металла:

Ржавление и коррозия

Ржавление и коррозия

  • низкое содержание хрома в составе стали;
  • прямой контакт с материалом, не обладающим таким же уровнем устойчивости к окислению и коррозии;
  • очищение посуды или деталей при помощи хлорсодержащих средств тоже повреждает оксидную пленку;
  • соединение частей нержавейки при помощи сварки (защитный слой в этом месте разрушается во время обработки).

Чтобы ржавчина не появилась на нержавеющей стали после процедуры, то шов должен быть тщательно очищен, отшлифован и отполирован. Только в этом случае можно устранить остатки тех материалов, которые разрушаются быстрее.

Частички неустойчивых к коррозии металлов часто попадают на нержавеющую поверхность, если рядом производилась их резка или шлифовка. Лучше не использовать для обработки пассивированного металла инструменты, которые контактировали с обычными материалами. Тут уже лучше использоваться однотипными изделиями.

Виды коррозии

Пассивирование нержавейки поможет защитить ее от таких видов коррозии:

  • Щелевой. Она чаще проявляется в местах соприкосновения материалов, например: в области крепежа. Развивается такой деструктивный процесс вследствие механического повреждения защитной пленки.
  • Гальванической. Коррозионная устойчивость нержавеющего металла снижается при соприкосновении с другим материалом в условиях токопроводящей среды. Ситуация ухудшается, если деталь постоянно находится в морской воде.
  • Межкристаллитной. Такое разрушение металла появляется в том случае, если изделие несколько раз сильно перегревалось. Этот процесс способствует формированию карбидов железа и хрома на кристаллической решетке нержавейки.
  • Эрозивной. Она может развиваться в том случае, если на металл периодически воздействует абразивный материал. Оксидная пленка просто не успевает быстро восстановиться, появляется ржавчина.

Чтобы такие проблемы не возникали, нужно обязательно пройти пассивирование материала.

Пассивация металлов

Все металлы неодинаково реагируют на ту или иную среду. Поэтому для разных типов металлов осуществляется определённая пассивация. Есть слабые окислители, пассивирующие магний, титан, а также сильные, хорошо воздействующие на алюминий, хром. Для железа используют серную и азотную кислоты высокой интенсивности, после кратковременного воздействия образуется пленка, и реакция прекращается.

Способы пассивации металлов:

  • 1.Контакт материала с пассиватором осуществляется посредствам вмакивания в жидкость, обмазывания или опрыскивания.
  • 2.При контакте металла с пассиватором через него пропускают электрический ток, это позволяет воспроизвести равномерную и стойкую защиту.

Электрохимический способ применяют, к примеру, для пассивации меди. Для этого используют специальные хромосодержащие составы, через которые пропускают электрический ток. Для алюминия используется фтороводородная смесь, дихромата натрия и серная кислота применяются для пассивации цинка. Как видите, для каждого металла существуют свои пассиваторы, более того, зачастую они состоят из нескольких компонентов.

Если вам нужно пассивировать определённый метал, не стоит экспериментировать, лучше купить уже готовый состав. Процесс пассивирования не долгий, иногда достаточно и нескольких секунд. Стоит знать, что чем дольше вы будете производить пассивацию, тем характернее станут изменения на поверхности. Но здесь тоже всё индивидуально, к примеру, после погружения цинкового изделия в раствор на 3-5 секунд, образуется радужная плёнка с зеленоватым отливом, а продержав его в растворе 30 секунд, вы получите коричневый налёт. Поэтому сроки выдержки при пассивации крайне важны.


Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий