פסיבציה היא תהליך הפסיבציה של מתכות פירושו יצירת סרטים דקים על פני השטח על מנת להגן מפני קורוזיה

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

שיטות מסורתיות להגנה על מתכות מפני קורוזיה נוטות פחות ופחות לעמוד בדרישות הטכניות החלות על מאפייני הביצועים של מבנים וחומרים קריטיים. קורות נושאות במסגרות בתים, קווי צנרת וחיפויי מתכת אינם יכולים להסתדר ללא הגנה מכנית לחלודה בלבד כאשר מדובר בשימוש ארוך טווח במוצר. גישה יעילה יותר להגנה מפני קורוזיה היא השיטה האלקטרוכימית ובמיוחד פסיבציה. זוהי אחת הדרכים להשתמש בפתרונות אקטיביים היוצרים סרט מגן ומבודד על פני השטח של חומר העבודה.

סקירת טכנולוגיה

יש להבין את הפסיבציה כתהליך של יצירת סרט דק על משטח מתכת, שמבנהומאופיין בהתנגדות גבוהה. יתר על כן, הפונקציות של ציפוי זה יכולות להיות שונות - למשל, באלקטרוליטים של סוללה, זה לא רק מאריך את חיי השירות של האלקטרודות, אלא גם מפחית את עוצמת הפריקה העצמית. מנקודת מבט של הגנה מפני קורוזיה, פסיבציה היא דרך להגביר את העמידות של חומר בפני סביבה אגרסיבית המעוררת התפתחות חלודה. אותו מנגנון היווצרות של ציפוי מבודד מגן יכול להיות שונה. שיטות אלקטרוכימיות וכימיות שונות מהותית, אך בשני המקרים, התוצאה הסופית תהיה המעבר של המבנה החיצוני של חומר העבודה למצב לא פעיל מבחינה כימית.

עקרון של הגנה אלקטרוכימית נגד קורוזיה

גורם המפתח בפסיבציה אלקטרוכימית הוא ההשפעה של זרם חיצוני על משטח המטרה. ברגע המעבר של זרם הקתודה דרך מבנה המתכת המאכל, הפוטנציאל שלו משתנה בכיוון השלילי, מה שמשנה גם את אופי תהליך היינון של מולקולות העבודה. בתנאים של חשיפה אנודית מהצד של מקטב חיצוני (אופייני למדיה חומצית), עשויה להידרש עלייה בזרם. זה הכרחי כדי לדכא את המקטב ולאחר מכן להשיג הגנה מלאה נגד קורוזיה. עם זאת, עם פסיבציה מוגברת של פני השטח עקב זרם חיצוני, שחרור המימן עולה, מה שמוביל להידרוגציה של המתכת. כתוצאה מכך, מתחיל תהליך פירוק המימן במבנה המתכת, ולאחריו התדרדרות בתכונות הפיזיקליות של חומר העבודה.

קתודהשיטת הגנה

זהו סוג של בידוד אנטי קורוזיה אלקטרוכימי המשתמש בטכניקה של הפעלת זרם קתודי. אבל ניתן ליישם שיטה זו בדרכים שונות. לדוגמה, במקרים מסוימים בייצור, הסטת פוטנציאל מספקת מסופקת על ידי חיבור החלק למקור זרם חיצוני כקתודה. האנודה היא אלקטרודת עזר אינרטית. שיטה זו מבצעת פסיבציה של תפרים לאחר ריתוך, מגנה על פלטפורמות מתכת של מבני קידוח וצינורות תת קרקעיים. היתרונות של שיטת הפסיבציה הקתודית כוללים יעילות בדיכוי סוגים שונים של תהליכי קורוזיה.

בנוסף לנזקי חלודה כלליים, נמנעים פיתולים וקורוזיה בין-גרגירית. שיטות כאלה של פעולה אלקטרוכימית קתודית כמו מגן וגלוונית מתורגלות גם. התכונה העיקרית של גישות אלו היא השימוש במתכת אלקטרושלילית יותר כמקטב. אלמנט זה נמצא במגע עם המוצר המוגן ופועל כאנודה, ונהרס במהלך הפעולה. שיטות דומות משמשות בדרך כלל בעת בידוד מבנים קטנים, חלקי מבנים ומבנים.

שיטת הגנת האנודה

עם בידוד אנודי של חלקי מתכת, הפוטנציאל עובר לכיוון חיובי, מה שתורם גם לעמידות המשטח בפני תהליכי קורוזיה. חלק מהאנרגיה של זרם האנודה המופעל מושקע על יינון של מתכתמולקולות, והחלק השני - כדי לדכא את התגובה הקתודית.

בין הגורמים השליליים של גישה זו הוא קצב הפירוק הגבוה של המתכת, שאינו ניתן להשוואה לקצב הפחתת תגובת הקורוזיה. מצד שני, הרבה יהיה תלוי במתכת שעליה מוחל הפסיבציה. אלה יכולים להיות גם חומרים ממיסים באופן אקטיבי וגם חלקים עם שכבות אלקטרוניות לא שלמות, שהמבנה שלהן במצב פסיבי תורם גם לתגובות בלימה והרס. אבל בכל מקרה, כדי להשיג אפקט משמעותי של הגנה נגד קורוזיה, נדרש שימוש בזרמי אנודה גדולים.

מנקודת מבט זו, לא מומלץ להשתמש בשיטה זו לתחזוקה קצרת טווח של בידוד, עם זאת, עלויות אנרגיה נמוכות לשמירה על הזרם המועלה מצדיקה באופן מלא פסיבציה אנודית. אגב, מערכת ההגנה שנוצרה בעתיד דורשת חוזק נוכחי של 10-3 A/m בלבד2.

שימוש במעכבים כימיים

גישה טכנולוגית חלופית להגברת העמידות של מתכות בעת הפעלה בסביבות אגרסיביות. מעכבים מספקים פסיבציה כימית, אשר מפחיתה את עוצמת הפירוק של מתכות ובדרגות שונות, מבטלת את ההשפעות המזיקות של נזקי קורוזיה.

כשלעצמו, מעכב הוא, במובן מסוים, אנלוגי לזרם המרוכז, אך עם פעולה משולבת כימית או אלקטרוכימית. חומרים אורגניים ואי-אורגניים פועלים כמפעילים של הסרט המגן, ולעתים קרובות יותר -תרכובות מורכבות שנבחרו במיוחד. הכנסת מעכב לסביבה אגרסיבית גורמת לשינויים במבנה פני המתכת, המשפיעים על תגובות האלקטרודות הקינטיות.

יעילות ההגנה תהיה תלויה בסוג המתכת, בתנאים החיצוניים ובמשך התהליך כולו. לפיכך, בטווח הארוך, הפסיבציה של נירוסטה תדרוש יותר משאבי אנרגיה כדי לנטרל סביבה אגרסיבית מאשר במקרה של פליז או ברזל. אבל מנגנון הפעולה של המעכב עצמו עדיין ישחק תפקיד מפתח.

מעכבים-פאסיבים

הגנת קורוזיה אקטיבית על פי עקרונות היווצרות התנגדות פסיבית יכולה להיווצר על ידי מעכבים שונים. לפיכך, נעשה שימוש נרחב בתרכובות ספיחה בצורה של אניונים, קטיונים ומולקולות ניטרליות, שיכולות להיות להן השפעה כימית ואלקטרוסטטית על משטח מתכת. אלו אמצעים אוניברסליים להגנה נגד קורוזיה, אך השפעתם מופחתת בסביבות בהן שולט קיטוב החמצן. לדוגמא, יש להשתמש במעכב מיוחד בעל תכונות חמצון לפסיבציה של פלדת אל-חלד. אלה כוללים מוליבדאטים, ניטריטים וכרומטים, היוצרים סרט תחמוצת עם שינוי קיטוב חיובי מספיק לשחרור מולקולות חמצן. על פני המתכת מתרחשת כימיה של אטומי החמצן המתקבלים, חוסמת את האזורים הפעילים ביותר של הציפוי ויוצרים פוטנציאל נוסף להאטת תגובת הפירוק של מבנה המתכת.

השימוש בפסיבציה בהגנה על מוליכים למחצה

הפעולה של אלמנטים מוליכים למחצה במתח גבוה דורשת גישה מיוחדת להגנה מפני קורוזיה. ביחס למקרים כאלה, הפסיבציה של המתכת מתבטאת בבידוד מעגלי של האזור הפעיל של החלק. הגנת קצה חשמלית נוצרת באמצעות דיודות וטרנזיסטורים דו-קוטביים. פסיבציה מישורית כוללת יצירת טבעת מגן, כמו גם ציפוי המשטח הגבישי בזכוכית. שיטה נוספת של מסה פסיבציה כוללת היווצרות של חריץ על מנת להגביר את רמת הלחץ המקסימלית המותרת על פני השטח של גביש מתכת מבני.

שינוי של סרט נגד קורוזיה

הציפוי שנוצר כתוצאה מפסיביות מאפשר מגוון חיזוקים נוספים. זה יכול להיות ציפוי, ציפוי כרום, צביעה ויצירת סרט שימור. נעשה שימוש גם בשיטות לחיזוק עזר של הגנה נגד קורוזיה ככזו. עבור ציפויי אבץ, מפתחים פתרונות מיוחדים המבוססים על רכיבי פולימר וכרום. עבור דלי מגולוון רגיל, ניתן להשתמש בתוספים שאינם מגיבים לשטיפה.

מסקנה

קורוזיה היא תהליך הרסני שיכול להתבטא בדרכים שונות, אך בכל מקרה הוא תורם להידרדרות של תכונות תפעוליות מסוימות של המתכת. ניתן לשלול את התרחשותם של תהליכים כאלה בדרכים שונות, כמו גם שימוש במתכות אצילות, המאופיינות בירידה בתחילה.רגישות לחלודה. עם זאת, מסיבות פיננסיות וטכנולוגיות מסוימות, לא תמיד ניתן להשתמש בהגנה סטנדרטית נגד קורוזיה או שימוש במתכות בעלות עמידות בפני קורוזיה גבוהה.

הפתרון האופטימלי במקרים כאלה הוא פסיבציה - זוהי שיטה משתלמת ויעילה יחסית להגנה על מתכות מסוגים שונים. על פי כמה חישובים, אלקטרודה אחת עם מעכב שנבחר כהלכה יכולה להספיק כדי להגן מפני קורוזיה של קו צינור תת קרקעי באורך 8 ק מ. באשר לחסרונות, הם מתבטאים במורכבות הטכנית של שימוש עקרוני בשיטות פסיבציה אלקטרוכימית.