Sự thụ động là Quá trình thụ động hóa kim loại có nghĩa là tạo ra các màng mỏng trên bề mặt để bảo vệ chống lại sự ăn mòn

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Các phương pháp bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn truyền thống ngày càng ít có khả năng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật áp dụng cho các đặc tính hoạt động của các kết cấu và vật liệu quan trọng. Dầm chịu lực trong khung nhà, đường ống dẫn và tấm ốp kim loại không thể không có tính năng chống rỉ cơ học khi sử dụng sản phẩm lâu dài. Một cách tiếp cận hiệu quả hơn để bảo vệ chống ăn mòn là phương pháp điện hóa và đặc biệt là phương pháp thụ động hóa. Đây là một trong những cách sử dụng các dung dịch hoạt tính tạo thành lớp màng bảo vệ và cách nhiệt trên bề mặt phôi.

Tổng quan về công nghệ

Sự thụ động nên được hiểu là quá trình hình thành một lớp màng mỏng trên bề mặt kim loại, cấu trúc củađược đặc trưng bởi sức đề kháng cao. Hơn nữa, các chức năng của lớp phủ này có thể khác nhau - ví dụ, trong chất điện phân của pin, nó không chỉ kéo dài tuổi thọ của các điện cực mà còn làm giảm cường độ tự phóng điện. Theo quan điểm của việc bảo vệ chống ăn mòn, sự thụ động hóa là một cách để tăng sức đề kháng của vật liệu đối với môi trường xâm thực gây ra sự phát triển của gỉ. Cơ chế hình thành lớp phủ cách điện bảo vệ rất giống nhau có thể khác nhau. Phương pháp điện hóa và hóa học về cơ bản là khác nhau, nhưng trong cả hai trường hợp, kết quả cuối cùng sẽ là sự chuyển đổi cấu trúc bên ngoài của phôi sang trạng thái không hoạt động về mặt hóa học.

Nguyên lý bảo vệ chống ăn mòn điện hóa

Yếu tố quan trọng trong quá trình thụ động điện hóa là tác động của dòng điện bên ngoài lên bề mặt mục tiêu. Tại thời điểm cho dòng điện catốt đi qua cấu trúc kim loại bị ăn mòn, điện thế của nó thay đổi theo chiều âm, điều này cũng làm thay đổi bản chất của quá trình ion hóa các phân tử phôi. Trong các điều kiện tiếp xúc với anốt từ mặt của bộ phân cực bên ngoài (điển hình cho môi trường axit), có thể cần phải tăng dòng điện. Điều này là cần thiết để ngăn chặn phân cực và sau đó đạt được bảo vệ chống ăn mòn hoàn toàn. Tuy nhiên, với sự thụ động của bề mặt tăng lên do dòng điện bên ngoài, sự giải phóng hydro tăng lên, dẫn đến quá trình hydro hóa kim loại. Kết quả là, quá trình hòa tan hydro trong cấu trúc kim loại bắt đầu, kéo theo sự suy giảm các tính chất vật lý của phôi.

Cathodephương pháp bảo vệ

Đây là một loại cách điện chống ăn mòn điện hóa sử dụng kỹ thuật áp dụng dòng điện catốt. Nhưng phương pháp này có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau. Ví dụ, trong một số trường hợp trong sản xuất, một sự dịch chuyển tiềm năng đủ được cung cấp bằng cách kết nối bộ phận với nguồn dòng điện bên ngoài làm cực âm. Cực dương là điện cực phụ trơ. Phương pháp này thực hiện thụ động hóa các đường nối sau khi hàn, bảo vệ các bệ kim loại của kết cấu khoan và đường ống ngầm. Ưu điểm của phương pháp thụ động catốt bao gồm hiệu quả trong việc ngăn chặn các loại quá trình ăn mòn khác nhau.

Ngoài tác hại do rỉ sét nói chung, còn có thể ngăn ngừa rỗ và ăn mòn giữa các hạt. Các phương pháp tác động điện hóa catốt như vậy như bảo vệ và điện hóa cũng được thực hiện. Đặc điểm chính của các phương pháp này là sử dụng một kim loại có độ âm điện lớn hơn làm chất phân cực. Phần tử này tiếp xúc với sản phẩm được bảo vệ và hoạt động như một cực dương, bị phá hủy trong quá trình hoạt động. Các phương pháp tương tự thường được sử dụng khi cách nhiệt các cấu trúc nhỏ, các bộ phận của tòa nhà và cấu trúc.

Phương pháp bảo vệ cực dương

Với cách điện anốt của các bộ phận kim loại, điện thế dịch chuyển theo hướng tích cực, điều này cũng góp phần vào khả năng chống lại quá trình ăn mòn của bề mặt. Một phần năng lượng của dòng điện đi qua anốt được sử dụng cho quá trình ion hóa kim loạiphân tử, và phần khác - để ngăn chặn phản ứng catốt.

Trong số các yếu tố tiêu cực của phương pháp này là tốc độ hòa tan kim loại cao, không thể so sánh với tốc độ giảm của phản ứng ăn mòn. Mặt khác, phần lớn sẽ phụ thuộc vào kim loại mà quá trình thụ động được áp dụng. Đây có thể là cả vật liệu và bộ phận hòa tan tích cực với các lớp điện tử không hoàn chỉnh, cấu trúc của chúng ở trạng thái thụ động cũng góp phần vào các phản ứng hãm và phá hủy. Nhưng trong mọi trường hợp, để đạt được hiệu quả bảo vệ chống ăn mòn đáng kể, cần phải sử dụng dòng điện cực dương lớn.

Theo quan điểm này, phương pháp này không được khuyến khích sử dụng để bảo trì cách điện trong thời gian ngắn, tuy nhiên, chi phí năng lượng thấp để duy trì dòng điện chồng lên hoàn toàn chứng minh cho sự thụ động anốt. Nhân tiện, hệ thống bảo vệ được hình thành trong tương lai yêu cầu cường độ hiện tại chỉ là 10-3 A / m2.

Sử dụng hóa chất ức chế

Một cách tiếp cận công nghệ thay thế để tăng sức đề kháng của kim loại khi hoạt động trong môi trường khắc nghiệt. Các chất ức chế cung cấp sự thụ động hóa học, làm giảm cường độ hòa tan của kim loại và ở các mức độ khác nhau, loại bỏ tác hại của sự phá hủy do ăn mòn.

Về bản chất, chất ức chế, theo một nghĩa nào đó, là một chất tương tự của dòng điện chồng lên, nhưng có tác dụng kết hợp hóa học hoặc điện hóa. Các chất hữu cơ và vô cơ hoạt động như chất kích hoạt màng bảo vệ, và thường xuyên hơn -các hợp chất phức tạp được chọn lọc đặc biệt. Việc đưa chất ức chế vào môi trường xâm thực gây ra những thay đổi trong cấu trúc của bề mặt kim loại, ảnh hưởng đến phản ứng động học của điện cực.

Hiệu quả của việc bảo vệ sẽ phụ thuộc vào loại kim loại, điều kiện bên ngoài và thời gian của toàn bộ quá trình. Do đó, về lâu dài, sự thụ động của thép không gỉ sẽ đòi hỏi nhiều nguồn năng lượng hơn để chống lại môi trường xâm thực hơn so với đồng thau hoặc sắt. Nhưng cơ chế hoạt động của bản thân chất ức chế vẫn sẽ đóng vai trò quan trọng.

Kẻ ức chế-người thụ động

Bảo vệ chống ăn mòn chủ động theo nguyên tắc hình thành điện trở thụ động có thể được hình thành bởi các chất ức chế khác nhau. Do đó, các hợp chất hấp phụ ở dạng anion, cation và các phân tử trung tính được sử dụng rộng rãi, có thể có tác dụng hóa học và tĩnh điện trên bề mặt kim loại. Đây là những phương tiện bảo vệ chống ăn mòn phổ biến, nhưng tác dụng của chúng bị giảm trong môi trường mà sự phân cực oxy chiếm ưu thế. Ví dụ, một chất ức chế đặc biệt có tính chất oxy hóa phải được sử dụng để thụ động hóa thép không gỉ. Chúng bao gồm các molypdat, nitrit và cromat, tạo ra một màng oxit với sự chuyển dịch phân cực dương đủ để giải phóng các phân tử oxy. Trên bề mặt của kim loại, xảy ra quá trình hấp thụ hóa học của các nguyên tử oxy tạo thành, chặn các khu vực hoạt động mạnh nhất của lớp phủ và tạo ra một thế năng bổ sung để làm chậm phản ứng hòa tan của cấu trúc kim loại.

Việc sử dụng thụ động trong bảo vệ chất bán dẫn

Hoạt động của các phần tử bán dẫn dưới điện áp cao đòi hỏi một cách tiếp cận đặc biệt để bảo vệ chống ăn mòn. Liên quan đến những trường hợp như vậy, sự thụ động của kim loại được thể hiện trong sự cô lập vòng tròn của vùng hoạt động của bộ phận. Một bảo vệ cạnh điện được hình thành bằng cách sử dụng điốt và bóng bán dẫn lưỡng cực. Sự thụ động phẳng liên quan đến việc tạo ra một vòng bảo vệ, cũng như phủ lên bề mặt tinh thể bằng thủy tinh. Một phương pháp thụ động mesa khác liên quan đến việc tạo rãnh để tăng mức ứng suất tối đa cho phép trên bề mặt của tinh thể kim loại cấu trúc.

Sửa đổi màng chống ăn mòn

Lớp phủ được hình thành do quá trình thụ động hóa cho phép nhiều loại gia cố bổ sung. Đó có thể là xi mạ, mạ crom, sơn và tạo màng bảo tồn. Các phương pháp tăng cường phụ trợ của bảo vệ chống ăn mòn như vậy cũng được sử dụng. Đối với lớp phủ kẽm, các giải pháp đặc biệt đang được phát triển dựa trên các thành phần polyme và crom. Đối với một thùng mạ kẽm thông thường, có thể sử dụng các chất phụ gia không phản ứng dạng rửa.

Kết

Ăn mòn là một quá trình phá hủy có thể biểu hiện theo những cách khác nhau, nhưng trong mỗi trường hợp, nó góp phần làm suy giảm các đặc tính hoạt động nhất định của kim loại. Có thể loại trừ sự xuất hiện của các quá trình như vậy theo nhiều cách khác nhau, cũng như việc sử dụng các kim loại quý, được đặc trưng bởiđộ nhạy gỉ. Tuy nhiên, vì những lý do tài chính và công nghệ nhất định, việc sử dụng bảo vệ chống ăn mòn tiêu chuẩn hoặc sử dụng kim loại có khả năng chống ăn mòn cao không phải lúc nào cũng khả thi.

Giải pháp tối ưu trong những trường hợp như vậy là sơn bị động - đây là một phương pháp tương đối hợp lý và hiệu quả để bảo vệ các loại kim loại. Theo một số tính toán, một điện cực với chất ức chế được lựa chọn thích hợp có thể đủ để bảo vệ chống lại sự ăn mòn cho một đường ống dẫn ngầm dài 8 km. Về những nhược điểm, chúng được thể hiện ở sự phức tạp về mặt kỹ thuật của việc sử dụng các phương pháp thụ động điện hóa về nguyên tắc.