Пассивация металла: что это такое и что значит пассивированная сталь

  1. Суть процедуры и ее общее описание
  2. Применение пассировки металла
  3. Виды пассивации
  4. Хим пассивирование
  5. Электрохимическая пассивация оборудования
  6. Причины устойчивости металлов
  7. Причины образования коррозии
  8. Виды коррозии
  9. Как получается пассированная поверхность: технология процесса
  10. Подготовка к процедуре
  11. Как проходит сам процесс
  12. Какой раствор использовать
  13. Свойства изделия после обработки
  14. Содержание растворов

Сегодня уделим внимание одному из способов защиты детали от ржавчины. Рассмотрим, что такое пассивация металла: это создание на поверхности заготовки тонкой солевой или оксидной пленки, предотвращающей коррозию, но как проходит данный процесс? Какие виды и способы достижения результата существуют? Что за материалы при этом используются? Ниже предоставим ответы на эти важные вопросы.

Сразу отметим, что цель данной технологии состоит в снижении химической активности материала заготовки, чтобы он не вступал в реакции с веществами близлежащих поверхностей и не так сильно подвергался разрушению от агрессивных сред окружения. Одновременно такое воздействие не должно критическим образом снижать контактную проводимость (по крайней мере, не сильнее, чем ржавчина).

Суть процедуры и ее общее описание

пассивация металла это

В стандартной ситуации детали обрабатываются специальными растворами с окислительными свойствами – путем погружения или их нанесения, либо специальным оборудованием, либо вручную, точечно. Для этого используются составы на основе кислот, солей хрома или молибдена, нитритов – с главным реагентом и добавками, необходимыми для ускорения и стабилизации реакции.

Если представить пассирование металла поэтапно, нужно:

  1. Механически очистить заготовку от пыли и загрязнений.

  2. Обезжирить ее, искупав в смеси кальцинированной соды и едкого натра.

  3. Дважды промыть в воде – сначала под горячей проточной, после – в холодной.

  4. Подвергать непосредственному воздействию окислителя на протяжении расчетного времени.

  5. Провести нейтрализацию в растворе на основе кальцинированной соды.

  6. Еще раз промыть, неоднократно помещая под проточную воду, но уже под холодную.

  7. Просушить – в предназначенном для этого шкафу или обдувая теплым воздухом.

  8. Проверить качество полученной поверхности – визуально или инструментально – и при получении неудовлетворительного результата, повторить всю процедуру с первого пункта.

Отсюда ясно, что пассивированный металл – это материал, равномерно покрытый защитной пленкой. Да, она разрушает верхний слой заготовки за счет окисления, но буквально на десяток-другой нанометров (что некритично), зато предотвращает коррозионные повреждения всей остальной части, то есть 99% объема детали. Ее нанесение – непросто «необходимая жертва», а очень полезная и максимально рациональная.

Приведенный выше алгоритм актуален для стали, алюминия, никеля, меди, цинка и даже кадмия, а также для широкого ряда сплавов. И предполагается, что он будет реализован с помощью как стационарного, так и ручного оборудования – инструменты и приспособления помогают обеспечить точность результата.

Применение пассировки металла

Технология решает следующие задачи:

  • Предотвращает возникновение и распространение ржавчины в верхних слоях материала.

  • Защищает от механического разрушения сварочные швы (и подобные им места новообразованных соединений).

  • Улучшает проводимость тока в точках электрического контакта.

  • Позволяет выполнить микротравление в соответствии с заранее сделанным шаблоном (актуально при производстве печатных плат).

  • Дает возможность сделать финишную обработку изделия и изменить его потребительские или даже декоративные свойства.

пассивированный этоПри этом используется сразу несколько методов блокировки коррозии, например, с помощью воронения. Анодный пассивирующий слой – это надежный способ повышения герметичности шовных соединений, особенно при правильной финишной обработке. Его наличие серьезно продлевает срок эксплуатации трубопровода, даже если отдельные элементы коммуникаций сравнительно сложно свариваются между собой.

Выполненное по такой технологии покрытие защищает медные и латунные поверхности от потускнения (на сравнительно небольшой период, от одного до двух-трех месяцев, но все-таки), что позволяет временно законсервировать заготовки и хранить их вплоть до следующей операции обработки, не опасаясь ухудшения их потребительских характеристик.

Чтобы вы лучше понимали, зачем металлы пассивируются, что это дает и тому подобное, приведем практические примеры использования данной группы методов. Итак, многофункциональная пленка чаще всего наносится:

  • На элементы крепежа, эксплуатируемые в условиях значительных механических нагрузок и постоянного воздействия агрессивных сред.

  • На части котельного (и вообще отопительного) оборудования – для повышения их сопротивляемости коррозии и нагреву.

  • При прокладке трубопроводных линий – в точках создания швов.

  • На узлы механизмов, находящихся в длительном и непосредственном контакте с соленой водой.

  • На конструкции, испытывающие резкие изменения температурных режимов.

  • В радиоэлектроники – для повышения качества соединения ЭРЭ.

  • На бытовые предметы, поделки, декор и даже ювелирные украшения – для сохранения их блеска.

Виды пассивации

пассивирование металла этоКлассификаций методов достаточно много. Например, они могут различаться между собой по материалу, обеспечивающему образование пленки (для этого используют никель, хром, молибден или даже серебро с золотом).

Также существует разделение по характеру протекания реакций – на:

  • Искусственное – результат достигается в лабораторных условиях.

  • Естественное – защитный слой образуется из-за постоянного воздействия кислорода, содержащегося в воде и атмосфере.

Хотя основной показатель – это способ нанесения, и по нему выделяют два варианта, каждый из которых будет нами сейчас рассмотрен.

Хим пассивирование

Сводится к воздействию на заготовку солевым раствором – азотной, лимонной или серной кислотой с небольшой (до 6%) добавкой бихромата натрия. Состав меняется в зависимости от ситуации, то есть от физических свойств детали и от того, что нужно получить в итоге.

Но в результате такой обработки запускается реакция: отрицательно заряженные ионы притягиваются к положительным атомам металла. За счет диффузии создается защитный слой.

что такое пассивацияВнимание, пленка ляжет равномерно только в том случае, если верхняя часть изделия будет без впадин, выпуклостей и других подобных дефектов. Поэтому предварительная зачистка необходима: следует тщательно удалить загрязнения и наплывы, а в случае с латунью, бронзой, медью и вообще цветметом еще и выполнить полировку.

Процесс хим пассивации поверхности металлов может проходить:

  • Или в специальном резервуаре, заполненном солевым раствором, в который заготовку просто окунают.

  • Или прямо по месту установки и последующей эксплуатации детали – здесь окислитель набирается в специальный шприц (или аналогичное ему оборудование) и наносится точечно.

В каждом из случаев следует смыть водой соли и нейтрализовать остатки кислот. И если для первого нужна лишь обычная проточная вода, то со второй задачей справится состав из гидроксида натрия (2-4 г/л) и олеиновой кислоты (25-30 г/л). Его необходимо нанести на точки контакта, подогрев до 80-90 0С, и дать ему подействовать в течение хотя бы пары минут.

Электрохимическая пассивация оборудования

пассивироваться этоДанный подвид технологии базируется на основных принципах гальваники, актуальных как для простых изделий, так и для сравнительно сложной техники.

Согласно этому методу, заготовка тоже погружается в емкость с раствором, но при этом подключают ток, причем:

  • Отрицательный потенциал заводится на корпус резервуара.

  • Положительный – на саму деталь.

По такой схеме осаживание пленки происходит в активном, а не в пассивном режиме, то есть значительно быстрее. Такое воздействие самым положительным образом сказывается и на состоянии защитного слоя, давая ему все предпосылки становиться максимально равномерным.

Электрический ток помогает получить качественное покрытие, но химическое пассивирование стали обходится значительно дешевле, так как не требует использования габаритного оборудования и не расходует энергию. Поэтому на практике до сих пор востребованы обе технологии: более «медленную» применяют в случаях, когда не требуется высокой скорости протекания реакции и нет строжайших требований по конечной точности.

пассивирование металловТеперь, когда понятна принципиальная разница между двумя способами и уже есть какие-то мысли по поводу того, какому отдать предпочтение, давайте обратим внимание на другой момент. А именно на то, почему вообще образуется ржавчина и какой она бывает.

Причины устойчивости металлов

На каждую твердую поверхность в процессе ее эксплуатации воздействуют окислители, из-за чего постепенно разрушается даже нержавеющая сталь. Со временем деструкция становится все более серьезной, поражаются и глубинные слои, что оборачивается появлением трещин, сколов, деформаций и, наконец, преждевременным износом.

Чтобы предотвратить столь негативные последствия, нужно нанести пассивирующее покрытие: пленка не даст оксидам вступать в реакцию с атомами заготовки, а значит серьезно продлит срок ее эксплуатации.

Учтите также, что даже тонкий защитный слой будет уже без повреждений, а если он окажется еще и идеально ровным (чего вполне возможно добиться благодаря актуальным технологиям), ему не понадобится какая-то дополнительная обработка – изделие можно будет сразу пускать в эксплуатацию.

Причины образования коррозии

пассивирование этоФакторы влияния могут быть как внешними, так и внутренними, и обычно это:

  • Изначально слишком малый процент хрома в составе сплава детали.

  • Частое воздействие хлорсодержащих веществ и средств (в том числе и бытовой химии).

  • Непосредственный и длительный контакт с материалом, гораздо менее стойким к появлению ржавчины.

  • Недостаточно качественное сваривание двух частей изделия – шов получился неоднородным или слабым.

Последняя проблема частично решается полировкой и шлифовкой зоны стыка, но все-таки лучшие пассивировать металл, это гораздо надежнее и позволит свести к нулю все вышеперечисленные риски или хотя бы минимизировать их последствия.

Виды коррозии

что такое пассивация металла

  • Щелевая – наблюдается в местах зазоров и соприкосновения двух и более элементов, после появления каких-либо механических повреждений (в том числе и вследствие трения).

  • Межкристаллитная – возникает после неоднократных перегревов заготовки в течение короткого срока и приводит к появлению карбидов (хрома или железа) в ранее прочной структуре.

  • Гальваническая – устойчивость материала падает под воздействием тока и особенно при полном или частичном погружении в насыщенную солями морскую воду.

  • Эрозивная – развивается при постоянном или периодическом контакте с абразивными веществами, разрушающими защитный слой и/или препятствующими его восстановлению.

Как получается пассированная поверхность: технология процесса

В общем случае используется раствор, осаждающийся на заготовке, но для максимально качественного (то есть равномерного его нанесения) следует обеспечить все условия. Расскажем, каким образом это достигается.

Подготовка к процедуре

пассивирующие металлы

В первую очередь нужно выяснить, есть ли в сплаве изделия какие-то примеси, которые повышают вероятность образования ржавчины. Для этого используют состав из азотной кислоты и ферроцианида калия: им покрывают деталь, и он сразу показывает посторонние включения, делая их синеватого оттенка. Это исключительно промышленный, но очень действенный способ, который позволяет узнать, куда следует точечно наносить золото, серебро или другие пассивирующие металлы.

Второй метод далеко не такой точный и требует большего времени на реализацию, зато им вполне реально воспользоваться даже в домашних условиях. Нужно просто погрузить заготовку в воду и подержать ее в жидкости в течение пары-тройки дней. За этот срок на проблемных зонах появится легкий налет ржавчины, который впоследствии можно будет счистить.

Как проходит сам процесс

Раньше мы рассматривали его в общем случае, а сейчас предположим, что выбран способ с воздействием током – разобьем его на этапы:

  1. Подготавливаете деталь – со всех сторон ошкуриваете ее и промываете обезжиривателем.

  2. Смешиваете электролитический раствор, содержащий пассиватор металлов (это именно то вещество, которое будет осаждаться и формировать пленку).

  3. Подключаете контакты – от постоянного источника тока к резервуару и к изделию – и убеждаетесь, что напряжение достаточное, но не чрезмерное.

  4. Подвергаете заготовку воздействию в течение расчетного времени.

  5. Выполняете дополнительную постобработку, сопровождающуюся контролем качества и равномерности нанесения оксидной защиты.

Полученный слой позволит конечной продукции в течение длительного срока успешно выдерживать негативные воздействия окружающей среды. Но его создание связано с определенными финансовыми затратами, поэтому наносит его следует только тогда, когда это действительно необходимо.

Какой раствор использовать

Итак, что заливать в ванну пассивации? Это зависит от текущих и желаемых свойств материала детали. Если сплав:

  • Высоколегированный – подойдет серная или азотная кислота.

  • Углеродистый – можно выбрать гидроксид натрия или хромовый ангидрид.

  • Ферритный – хорошим решением окажется двухромовокислый калий.

  • Среднелегированный – отдавайте предпочтение фосфорной кислоте, и не ошибетесь.

Обратите внимание, основные компоненты всех перечисленных составов являются веществами, труднорастворимыми в воде. Именно поэтому они и оседают на заготовке.

металлы пассивируютсяНасколько быстро проходит реакция? Все определяется сопутствующими условиями. Следует помнить, что химическое пассивирование металлов – это процесс, серьезно зависящий от температуры: чем она выше, тем меньше приходится ждать. В общем случае на формирование защитного слоя может уйти и 3 минуты, и час-полтора, при 18-90 градусах Цельсия, но это не та ситуация, в которой стоит гнаться за результатом, иначе итоговое качество рискует оказаться слишком низким.

Свойства изделия после обработки

Цель любого метода – улучшить механические и физические показатели готовой единицы продукции, сохраняя структуру, плотность, надежность ее глубинных слоев. Это справедливо в отношении материала любой твердости, поэтому в конце процедуры та же пассивированная сталь должна получить защитный поверхностный слой, который:

  • Улучшит прочностные характеристики.

  • Серьезнейшим образом замедлит коррозионные процессы.

  • Придаст блеск (изменит оттенок) и предупредит потускнение, сделав внешний вид более эстетичным.

  • Повысит сопротивляемость деформациям вследствие ударных воздействий.

  • В целом облагородит товарный вид детали.

Особенно заметный эффект наблюдается при использовании в качестве добавок никеля или хрома – благодаря им поверхность просто сверкает. Ими, а также загущенным нитратом натрия, обрабатывают даже чугун, который становится эластичнее (что востребовано в специфических случаях).

Еще одна группа металлов, которые могут успешно пассивироваться – это цветные. Если алюминий, медь, бронза покрываются фазовыми или адсорбционными пленками, это самым позитивным образом влияет на их долговечность и расширяет границы их применения.

Содержание растворов

химическое пассивированиеКак правило, они состоят из основного реагента и нескольких добавок. Главную роль играют хроматы (натрия, калия, ангидрид). Чтобы создать подходящую среду, к ним примешивают соли и кислоты – по сути, катализаторы, ускоряющие реакцию и способствующие равномерному осаждению полезных частиц. Каких именно? Зависит от материала заготовки.

Так, например, для кадмия или цинка подойдут «серные» электролиты, а химическая пассивация стали – это процесс, для которого лучшим вариантом будет азотная кислота.

Вы уже поняли, что некоторые вещества достаточно токсичны. Поэтому выполнять все работы по формированию защитного слоя следует только в промышленных условиях, на производстве, оборудованном современными системами отведения и очистки. И проводить каждый этап должен профессионал, прошедший профильное обучение.

пассивация сталиМы подробно рассмотрели суть технологии и те методы, которыми она может быть воплощена в жизнь, а также те реагенты, что стоит использовать для ее реализации. Теперь вы получили полное представление об основных терминах и понимаете, что значит «металл пассивирует» и какими свойствами будет тот материал, на котором он осаждается.

LEAVE A COMMENT

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *