Традиційні методи захисту металів від корозії все рідше задовольняють технічним вимогам, які пред’являються до експлуатаційним властивостям відповідальних конструкцій і матеріалів. Несучі балки в каркасах будинків, трубопровідні лінії і облицювальні покриття з металу не можуть обходитися лише механічним захистом від іржі, якщо мова йде про довготривалому використанні вироби. Більш ефективним підходом до захисту від корозії є електрохімічний метод і, зокрема, пасивація. Це один із способів застосування активних розчинів, що утворюють на поверхні заготовки захисно-ізоляційну плівку.
Загальні відомості про технології
Під пасивуванням слід розуміти процес формування тонкої плівки на металевій поверхні, структура якої характеризується підвищеним опором. Причому функції у цього покриття можуть бути різними – наприклад, у електролітах акумулятора воно не тільки подовжує термін служби електродів, але і знижує інтенсивність саморозряду. З точки зору антикорозійного захисту пасивація – це спосіб підвищення стійкості матеріалу перед агресивним середовищем, що провокує розвиток іржі. Сам же механізм утворення захисного ізоляційного покриття може бути різним. Принципово розрізняються електрохімічні та хімічні методи, але в обох випадках кінцевим підсумком стане перехід зовнішньої структури оброблюваного виробу хімічно неактивний стан.
Принцип електрохімічного антикорозійного захисту
Ключовим фактором електрохімічної пасивації є вплив зовнішнього струму на цільову поверхню. В момент проходження катодного струму через корродирующую металеву структуру його потенціал змінюється в негативний бік, що змінює і характер процесу іонізації молекул заготовки. В умовах анодного впливу з боку зовнішнього поляризатора (характерно для кислотних середовищ) може знадобитися збільшення струму. Це необхідно для придушення поляризатора і подальшого досягнення повної антикорозійного захисту. Однак при посиленій пасивації поверхні за рахунок зовнішнього струму збільшується виділення водню, що призводить до наводороживанию металу. У результаті починається процес розчинення водню в металевій структурі з подальшим погіршенням фізичних властивостей заготовки.
Катодний спосіб захисту
Це вид електрохімічної антикорозійної ізоляції, при якій використовується техніка накладання катодного струму. Але і цей спосіб може бути реалізований різними методами. Наприклад, в деяких випадках на виробництвах достатній зсув потенціалів забезпечується за рахунок підключення деталі до зовнішнього джерела струму в якості катода. Анодом ж виступає інертний допоміжний електрод. Таким методом виконується пасивація швів після зварювання, захищаються металеві платформи бурових конструкцій та підземні трубопроводи. До переваг катодного способу пасивації відносять ефективність у придушенні корозійних процесів різного типу.
Крім загального ураження іржею запобігається питтинговая і межкристаллитная корозія. Практикуються і такі способи катодного електрохімічного впливу, як протекторний і гальванічний. Головною особливістю цих підходів можна назвати застосування більш електронегативного металу в якості поляризатора. Даний елемент у контакті із захисним виробом і виконує функцію анода, руйнуючись в ході операції. Подібні методи звичайно використовуються при ізоляції невеликих конструкцій, частин будівель і споруд.
Анодний спосіб захисту
При анодній ізоляції металевих деталей відбувається зсув потенціалу в позитивну сторону, що також сприяє опору поверхні перед процесами корозії. Частина енергії накладеного анодного струму йде на іонізацію металевих молекул, а інша частина – на придушення катодної реакції.
Серед негативних чинників такого підходу називають високу швидкість розчинення металу, яка непорівнянна з темпами зниження корозійної реакції. З іншого боку, багато чого буде залежати і від металу, до якого застосовується пасивація. Це можуть бути і активно розчиняються матеріали і деталі з незавершеними електронними шарами, структура яких в пасивному стані також сприяє гальмуванню і реакції руйнування. Але в будь-якому випадку для досягнення істотного ефекту антикорозійного захисту потрібне застосування анодних струмів великої величини.
З цієї точки зору даний спосіб застосовувати недоцільно при короткочасному підтримці ізоляції, однак низькі енергетичні витрати на підтримку накладеного струму цілком виправдовує анодний пасивацію. До речі, сформована система захисту надалі вимагає сили струму всього на 10-3 A/м2.
Застосування хімічних інгібіторів
Альтернативний технологічний підхід до підвищення стійкості металів при експлуатації в агресивних середовищах. Інгібіторами забезпечується хімічна пасивація, знижує інтенсивність розчинення металів і різною мірою виключає шкідливі наслідки від відбувся ураження корозією.
Сам по собі інгібітор – це в певному сенсі аналог накладеного струму, але з хімічним або електрохімічним комбінованою дією. В якості активаторів захисної плівки виступають органічні і неорганічні речовини, а частіше – спеціально підібрані їх складні з’єднання. Внесення інгібітора в агресивне середовище викликає зміни в структурі металевій поверхні, впливаючи і на кінетичні електродні реакції.
Ефективність захисту буде залежати від типу металу, зовнішніх умов і тривалості всього процесу. Так, у довгостроковій перспективі пасивація нержавіючої сталі зажадає більше енергетичних ресурсів для протидії агресивному середовищі, ніж у випадках з латунню або залізом. Але ключову роль все ж буде грати механізм дії самого інгібітора.
Інгібітори-пасиватори
Активний захист від корозії за принципами освіти пасивного опору можна формувати різними інгібіторами. Так, широко застосовуються адсорбційні сполуки у вигляді аніонів, катіонів і нейтральних молекул, які можуть надавати хімічне і електростатичне вплив на металеву поверхню. Це універсальні засоби антикорозійного захисту, але їх ефект знижується в середовищах, де домінує киснева поляризація. Наприклад, для пасивації нержавіючої сталі повинен використовуватися спеціальний інгібітор з окисними властивостями. До таких відносяться молибдаты, нітрити та хромати, які створюють оксидну плівку з позитивним зрушенням поляризації в достатній мірі для виділення кисневих молекул. На поверхні металу відбувається хемосорбирование утворюються атомів кисню, блокуючого найбільш активні зони покриття та створює додатковий потенціал для уповільнення реакції розчинення металевої структури.
Використання пасивації в захисті напівпровідників
Експлуатація напівпровідникових елементів, що знаходяться під високою напругою, вимагає особливого підходу до антикорозійного захисту. Стосовно до таких випадків пасивація металу виражається в круговій ізоляції активної області деталі. Формується електричний захист країв із застосуванням діодів і біполярних транзисторів. Планарна пасивація передбачає створення захисного кільця, а також покриття кристалічної поверхні склом. Інший спосіб меза-пасивації передбачає утворення канавки з метою підвищення гранично допустимого рівня напруги на поверхні структурного металевого кристала.
Модифікація антикорозійного плівки
Покриття, утворене в результаті пасивації, допускає різні засоби додаткового посилення. Це може бути плакування, хромування, фарбування і створення консервационной плівки. Застосовуються і способи допоміжного зміцнення антикорозійного захисту як такої. Для цинкових покриттів розробляються спеціальні розчини на основі полімерних і хромових компонентів. Для звичайного оцинкованого відра можна використовувати промивні нереакционноспособные добавки.
Висновок
Корозія – руйнівний процес, який може проявлятися по-різному, але в кожному разі він сприяє погіршенню тих чи інших експлуатаційних властивостей металу. Унеможливити виникнення подібних процесів можна різними способами, а також застосуванням благородних металів, що відрізняються початково зниженою чутливістю до іржі. Однак в силу певних фінансових і технологічних причин використання стандартних засобів антикорозійного захисту або застосування металів з високою корозійною стійкістю не завжди можливо.
Оптимальним виходом в таких випадках стає пасивація – це відносно доступний за ціною і дієвий метод протекції металів різного типу. За деякими розрахунками, одного електрода з правильно підібраним інгібітором може вистачити на захист від корозії 8-кілометровій лінії підземного трубопроводу. Що стосується недоліків, то вони виражаються в технічній складності застосування електрохімічних способів пасивації в принципі.
