Navzdory skutečnosti, že nerezová ocel je vysoce odolná vůči korozi, je pro ni dodatečná ochrana poskytovaná takovou technologickou operací, jako je pasivace, žádoucí. V některých případech, kdy jsou dokonce i výrobky z nerezové oceli vystaveny vysokému riziku koroze, je nutnost provedení takového postupu nepochybná.
Příklady korozivzdorných povrchů a výsledky provedené pasivace
Co je důvodem vysoké korozní odolnosti nerezových ocelí
Podstatou takového jevu, jako je koroze, je to, že povrch kovu pod vlivem negativních vnějších faktorů a prostředí se začíná hroutit. Je charakteristické, že koroze v důsledku neustálé oxidace napadá kov vrstvu po vrstvě a postupně ničí vnitřní strukturu oceli. V mnoha případech již nemá smysl lokalizovat postižená místa vnitřní struktury kovu, takže ocelové výrobky musí být nahrazeny novými.
Pasivace (nebo pasivace), jako technologie, která poskytuje spolehlivou ochranu oceli proti korozi, je základem vytvoření tak jedinečného kovu, jako je nerezová ocel. Chemické složení převážné většiny ocelí patřících do kategorie nerez může obsahovat různé prvky:
Hlavním legujícím prvkem těchto ocelí, jehož množství v jejich složení se může pohybovat v rozmezí 12–20 %, je však chrom. Přidání různých legujících prvků do složení korozivzdorných ocelí umožňuje dodat jim požadované fyzikální a chemické vlastnosti, ale za odolnost slitiny oceli proti korozi je zodpovědný chrom.
Vliv chrómu na vlastnosti nerezové oceli
Slitiny z nerezové oceli, které obsahují 12 % chrómu, vykazují vysokou odolnost proti korozi pouze při působení okolního vzduchu. Pokud se množství chrómu v chemickém složení nerezové oceli zvýší na 17 %, pak výrobky z něj vyrobené mohou snadno interagovat s kyselinou dusičnou, aniž by ztratily své výkonnostní charakteristiky.
Aby kov odolal ještě agresivnějším prostředím, mezi které patří kyselina chlorovodíková, sírová a další, zvyšuje nejen kvantitativní obsah chrómu, ale přidává do svého složení prvky jako měď, molybden, nikl atd. V ostatních slovy pasivovat kov, to znamená zvýšit jeho pasivitu vůči korozním procesům.
V procesu pasivace svarové zóny se vytvoří silný film
Pasivace, při které se k chemickému složení nerezové oceli přidávají vhodné legující prvky, není jedinou podmínkou vysoké korozní odolnosti kovu. Aby ochranné vlastnosti nerezové oceli zůstaly na vysoké úrovni, musí být oxidový film na jejím povrchu, sestávající převážně z oxidu chrómu, neporušený, musí mít jednotné chemické složení a tloušťku.
Příčiny koroze
Přestože by nerezová ocel měla být chemicky formulována s pasivátory, aby se výrazně zvýšila její odolnost proti korozi, její povrch a vnitřní struktura mohou být vystaveny korozi.
Hlavním důvodem, proč se nerezová ocel začíná rozpadat, je nedostatečný nebo nerovnoměrný obsah chrómu v jejím chemickém složení. Kontakt s kovem, který je mnohem méně odolný vůči oxidaci, může také způsobit korozi. Výrobky z nerezové oceli, které byly vzájemně propojeny svařovací technologií, často podléhají destrukci.
Koroze trubek vyhřívaného věšáku na ručníky, která vznikla v důsledku nešetrného provedení svaru výrobcem
Typické je, že i když je nerezová ocel velmi kvalitní, po svaření se může pokrýt vrstvou rzi. Aby se předešlo takovým negativním jevům, je třeba pečlivě vyčistit a vyleštit svary, kterými jsou nerezové výrobky spojeny. Tento postup umožňuje odstranit z povrchu svaru a samotných výrobků z nerezové oceli zbytky méně korozivzdorného kovu, který byl k provádění svařování použit.
Velmi často se na povrch nerezové oceli dostávají i částice méně odolného kovu v případech, kdy je zpracovávána v bezprostřední blízkosti ocelových výrobků. Pokud tedy v blízkosti pilují, brousí nebo provádějí jiné druhy zpracování běžného kovu, pak se jeho částice, které padnou na nerezovou ocel, jistě stanou zdroji její koroze. Mohou se objevit i na nerezové oceli, pokud se ji rozhodnete zpracovat nástrojem, který dříve interagoval s běžným kovem. To je důvod, proč nástroje, zejména související s typem řezání, je žádoucí používat k provádění zpracování pouze stejného typu materiálů.
Koroze nerezové digestoře v důsledku čištění výrobku železným kartáčem
Nejkritičtějším místem na povrchu nerezových výrobků z hlediska vzniku a rozvoje korozních procesů je však samozřejmě svar. Proto je důležité nejen důkladné vyčištění, vybroušení a vyleštění místa vzniklého svarového spoje, ale také jeho pasivace, ke které se používají různé roztoky kyselin.
Pasivace (chemická pasivace) se obvykle provádí pomocí roztoku na bázi kyseliny dusičné. Ošetření pečlivě připravené části výrobku z nerezové oceli takovým roztokem umožňuje vytvořit oxidový film, který je vysoce pasivní vůči korozním procesům.
Zpracování svarových spojů na nerezové oceli, po kterém se provádí chemická pasivace, se provádí pomocí kovového kartáče a brusky. Zároveň, jak již bylo zmíněno výše, je důležité zajistit, aby nástroje používané při pasivaci dříve nereagovaly s běžným kovem, jehož částice se mohou stát zdrojem korozních procesů.
Existují dva způsoby, jak zkontrolovat, zda jsou na povrchu nerezové oceli běžné kovové inkluze.
Zpracování vodným roztokem kyseliny dusičné a ferrokyanidu draselného
Místa na povrchu výrobku, na kterých jsou přítomny inkluze volného železa, po takovém ošetření okamžitě zmodrají. Je třeba poznamenat, že tento způsob ověřování se používá především v průmyslových laboratořích.
Smáčení obyčejnou vodou
Produkt se v tomto stavu udržuje několik hodin. Pokud jsou na nerezové oceli přítomny vměstky volného železa, pak oblasti s takovými vměstky začnou rezavět.
Druhy koroze
Navzdory skutečnosti, že proces koroze vede k téměř stejným důsledkům, příčiny, které jej způsobují, mohou být různé. Nejčastější příčinou koroze nerezových výrobků používaných v domácím prostředí je používání čisticích prostředků obsahujících ve svém chemickém složení značné množství chlóru. Taková činidla aktivně přispívají k destrukci oxidového filmu na kovu, což vede k rozvoji korozního procesu na celém jeho povrchu (tj. obecné korozi).
Štěrbinová koroze nerezové oceli nastává, když jsou části vyrobené z takového kovu ve vzájemném kontaktu po dlouhou dobu. Koroze tohoto typu, která je typická, se často začíná vyvíjet v místech spojovacích prvků. Existuje také důlková koroze, která se často nazývá důlková koroze. Dochází k němu, když je oxidový film na nerezové oceli mechanicky poškozen.
Koroze nerezové oceli pod vodou se projevuje ve větší míře na spoji dílů
Pokud je nerezová ocel v kontaktu s pro ni odlišným kovem ve vodivém prostředí, začne se vyvíjet koroze, která se nazývá galvanická. Tento proces je nejvíce náchylný na nerezové výrobky provozované v mořské vodě a zároveň ve styku s kovy s nižším stupněm legování.
Mezikrystalová koroze je velmi častým jevem, ke kterému dochází, když byl výrobek z nerezové oceli vystaven výraznému přehřátí. Při silném zahřátí (přes 500 °) se na hranicích krystalové mřížky nerezové oceli tvoří karbidy chrómu a železa, které způsobují pokles pevnosti kovu.
V důsledku použití čisticích prostředků na bázi chlóru může dojít ke korozi nerezové oceli.
Rozlišujte také erozivní korozi, ke které dochází, pokud je nerezová ocel neustále pod vlivem abrazivního prostředí. Částice takového prostředí, které neustále působí na kovový povrch, ničí ochranný oxidový film, který nemá čas se zotavit.
Pasivace nerezové oceli
U nerezových výrobků je prakticky nemožné zajistit takové provozní podmínky, aby nepřicházely do styku s jinými kovy a agresivním prostředím a nebyly vystaveny mechanickému poškození. Proto je nutná výše zmíněná technologická operace – pasivace. Často se pokouší poskytnout dodatečný stupeň ochrany, který pasivace (pasivace) poskytuje:
- trubkové konstrukce z nerezové oceli;
- spojovací materiál;
- trupové prvky konstrukcí a mechanismů provozovaných v mořské vodě.
Pasivace není vždy vhodná ani pro produkty tohoto účelu.
Pasivace nerezového svaru
Pasivace, ačkoliv se jedná o metodu úpravy nerezové oceli, která jí může poskytnout dodatečnou ochranu proti korozi, je v mnoha případech nepraktická a může dokonce zhoršit ochranné vlastnosti oceli. Před provedením pasivace je proto nutné analyzovat podmínky, ve kterých bude výrobek provozován, aby bylo možné jednoznačně rozhodnout, zda je nutná dodatečná ochrana jeho povrchu.
Pasivace, v případě rozhodnutí o jejím provedení, by měla zajistit, aby ochranná vrstva byla celistvá a stejnoměrná v tloušťce, čehož je dosaženo přísným dodržením technologického postupu. Pasivace se zpravidla provádí v případech, kdy je nutná dodatečná ochrana vnějšího, spíše než vnitřního povrchu výrobku z nerezové oceli.
Podstatou takového procesu, jako je pasivace, je, že povrch výrobku z nerezové oceli je ošetřen speciálním roztokem, který je založen na kyselině dusičné a v některých případech na kyselině citrónové. Někdy může být takový roztok doplněn malým množstvím (2-6 %) bichromanu sodného. Chemické složení takového roztoku, stejně jako parametry, jako je teplota ohřevu a doba výdrže, závisí na jakosti zpracovávané nerezové oceli.
Jednou z účinných metod ochrany kovového povrchu před účinky koroze je povrchová úprava pomocí speciálních chemických roztoků. Při jejich interakci s kovem dochází k chemické reakci, v jejímž důsledku se na povrchu vytváří neutrální (pasivní) sloučenina schopná odolávat průběhu korozních procesů.
Tato úprava se nazývá pasivace kovů. Po dokončení tohoto procesu se na povrchu vytvoří oxidový film. Má chemické vlastnosti, aby nevstupoval do oxidační reakce a zabraňuje tak destrukci nejen povrchové vrstvy, ale celého dílu.
Tento typ zpracování je nejběžnější pro ocel, hliník, nikl, měď a jejich slitiny. Kromě úkolů ochrany proti korozi pomocí pasivace se provádí dekorativní povrchová úprava hotového výrobku a snižuje se odpor kontaktů v elektrických spojích.
Popis technologie
Pasivace je založena na principech chemické interakce povrchové vrstvy kovu s různými roztoky jiných kovů, v důsledku čehož se na povrchu vytváří povrchová vrstva s novými fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Proces pasivace zahrnuje vytvoření absorpčních (fázových) vrstev, které mění strukturu původního kovu. Pasivační vrstva vytváří spolehlivou bariéru, která zabraňuje procesu oxidace a slouží jako spolehlivá ochrana proti korozi. K provádění takových chemických reakcí se používají různé kovy. Záleží na složení základního kovu, ze kterého je díl vyroben. Pro získání specifických vlastností lze použít chrom, nikl, kobalt, mangan, molybden a další kovy vzácných zemin. V závislosti na jejich procentuálním zastoupení se připraví roztok pro pasivaci a vybere se potřebné vybavení.
Při pasivaci nerezové oceli při její výrobě se do jejího složení přidávají různé legující kovy. Poskytují lepší interakci s chemickými prvky, které tvoří pasivační roztok. Například oxid chrómu se používá k vytvoření spolehlivého antikorozního filmu na povrchu oceli. Provede se operace chromování, která zcela změní fyzikální a chemické vlastnosti povrchové vrstvy. Při správném zpracování se získá vrstva, která je rovnoměrná a jednotná v hustotě. K pasivaci se používají různé kyseliny. Nejčastěji se vytváří roztok na bázi kyseliny dusičné. Právě vytvořené soli na bázi této kyseliny vytvářejí na povrchu oceli ochranný film s vysokými ochrannými vlastnostmi. Po ukončení technologického procesu se kontroluje kvalita výsledné vrstvy. To je nutné pro vyhodnocení povrchu obráběné součásti. V praxi se používají různé metody ověřování. Používá se například chemická metoda: povrch se ošetří roztokem ferrokyanidu draselného v kyselině dusičné. Takový dopad umožňuje vizuálně určit místa nekvalitního zpracování. V místech, kde je vrstva dostatečně tenká nebo chybí, to znamená, že je zde velké množství volného železa, se objeví charakteristická modrá barva. Tato metoda se používá v továrních laboratořích. Kontrolují vybrané díly z hotové šarže. Jednodušší, ale delší je způsob umístění hotového výrobku do obyčejné vody. Po dlouhém pobytu ve vodě se místa se špatným zpracováním pokrývají rzí.
Technologie pasivace neželezných kovů se prakticky neliší od technologie zpracování oceli. Hlavním rozdílem je složení použitých roztoků. Například pro zpracování hliníku se používají chromany mědi, niklu, draslíku a sodíku nebo anhydrid chromu. Urychlení procesu zpracování se provádí přidáním různých solí a kyselin do složení roztoku. Pasivace mědi se provádí v roztocích kyseliny sírové, povrchová úprava mědi se provádí v roztoku kyseliny fosforečné, zinku a kadmia v roztocích kyseliny chlorovodíkové a dusičné. V některých případech se proces interakce roztoku s kovem používá k řešení dalších důležitých technických problémů Proces rozkladu kovu pod vlivem oxidů se používá pro výrobu desek plošných spojů v radiotechnice. Tento postup se nazývá leptání. V tomto případě se na povrch pokovené textolitové desky pomocí barvy nanese vzor budoucích vodivých pásků a umístění pro rádiové komponenty. Poté se deska s naneseným vzorem spustí do lázně s roztokem, pod jehož vlivem je kovová vrstva chemicky odstraněna z povrchu textolitu. V důsledku pasivace zůstává na povrchu pouze kov chráněný barvou. Poté se deska omyje v tekoucí vodě a pomocí rozpouštědel se odstraní vrstva nanesené barvy. Výsledkem takové pasivace (leptání) je hotový plošný spoj pro konkrétní elektronické zařízení. Technologie nanášení dekorativní vrstvy na hlavní vrstvu výrobku se neliší od obecného pasivačního procesu. Při vytváření šperků se na povrch stříbrného polotovaru nanáší tenká vrstva zlatého filmu. Tvoří se stejným způsobem. Tak se získá produkt s charakteristickou zlatou barvou.
Důležitým bodem pro získání vysoce kvalitního filmu během pasivace je konečná úprava. Ve všech případech je nutné díl po vyjmutí z lázně roztokem důkladně opláchnout. To je nezbytné pro zastavení procesu pasivace. V případě ponechání části aktivního roztoku nebo i jeho naředěných složek dojde k porušení technologie a výraznému snížení kvality výsledného filmu. Po důkladném umytí se doporučuje hotovou část vysušit. To lze provést přirozeným sušením nebo pomocí speciálních vysoušečů vlasů. Při výrobě se používají sušící komory, které zajišťují rovnoměrné proudění teplého vzduchu. Kvalitní příprava povrchu, dodržení všech režimů zpracování, dodržení doby pasivace, kvalitní mytí a sušení umožňují získat kvalitní jednotnou ochrannou vrstvu, která vydrží dostatečně dlouhou dobu.
Aplikace pasivace
Hlavními úkoly pasivace jsou:
- prevence korozních procesů vyskytujících se v horních vrstvách kovu;
- ochrana proti zničení nově vzniklých spojů např. v místě svaru (pasivace svarů);
- zvýšená elektrická vodivost v místě elektrického kontaktu;
- tvorba desek plošných spojů podle připravených šablon (lept);
- zpracování hotového výrobku za účelem poskytnutí nových dekorativních a spotřebitelských vlastností.
První problém je vyřešen pro velké množství kovů a jejich slitin Jednou z možností takové ochrany je leštění. V druhém případě se pro vytvoření pevného svarového spoje používá pasivace anody a finální zpracování výsledného spoje po svařování. Provedení pasivace může výrazně zlepšit těsnost výsledných sloučenin. To je zvláště důležité při pokládání potrubí. Tato úprava je velmi užitečná při svařování obtížně svařitelných kovů, jako je hliník. Pasivace mědi nebo mosazi se provádí pro vytvoření dočasné ochrany proti zmatnění povrchu výrobku po určitou dobu (obvykle asi měsíc). To se někdy používá jako dočasné uchování připravených dílů pro uskladnění mezi dalšími operacemi zpracování nebo montáže.
Tento typ zpracování je nezbytný při provozu kovových výrobků v následujících případech:
- použití spojovacích prostředků, zejména v agresivním prostředí a vysokém mechanickém zatížení;
- při montáži potrubí, zejména v místech svarů;
- chránit zařízení kotle;
- části strojů a mechanismů v kontaktu s mořskou vodou;
- konstrukční prvky pracující v měnících se teplotních režimech;
- jednotlivé prvky ručního a mechanického nářadí;
- hotové výrobky používané v každodenním životě (kliky na dveře, nábytkové kování atd.);
- dekorativní řemesla pro interiér;
- v radioelektronice ke zlepšení kvality kontaktů;
- Šperky.
Řešení problémů se zvýšením elektrické vodivosti se řeší nanesením tenké vrstvy kovu se zvýšenou elektrickou vodivostí, jako je zlato nebo stříbro, na povrch vyrobených kontaktů.
Typy pasivace
Hlavní a nejznámější typy pasivace jsou:
- chemikálie;
- elektrochemický.
Chemické
Chemická pasivace zahrnuje použití roztoků solí různých kovů, pasivace je nejúčinnější s kyselinou dusičnou. Kromě ní se k vytvoření roztoku používá kyselina sírová nebo kyselina citrónová. Pro zlepšení kvality procesu se do roztoku přidává malé množství bichromanu sodného. Jeho množství nepřesahuje 6 % celkové hmoty. Složení roztoku se vybírá individuálně a do značné míry závisí na jakosti zpracovávaného kovu. Například kovové soli rozpuštěné ve vysoké koncentraci kyseliny sírové se používají k pasivaci železa.
Podstatou chemické pasivace je aktivní přitahování záporných iontů přítomných v roztoku k atomům kovů, což je způsobeno přítomností kladného náboje na nich. V důsledku takové difúze se vytvoří povrchová vrstva. Pro pasivaci je nutné předem připravit povrch výrobku. Pečlivě se čistí mechanickými a chemickými metodami.Na kvalitě tohoto postupu závisí konečný výsledek a spolehlivost vytvořeného filmu, což má velký význam při pasivaci neželezných kovů: mosaz, měď, bronz.
Elektrochemické
Tento typ pasivace je založen na principech stanovených v technice galvanického zpracování výrobků. Zrychlení zpracování se provádí vlivem stejnosměrného proudu, který protéká roztokem a urychluje chemickou reakci. Taková pasivace se nazývá elektrochemická pasivace. Kromě vany, ve které je elektrolyt umístěn, je ve složení takové instalace použit zdroj stejnosměrného proudu, propojovací vodiče a jedna elektroda. Druhá elektroda je samotný díl Další možností kontaktu je jedna elektroda a tělo vany (musí být vyrobeno z kovu odolného vůči elektrolytu a elektrickému proudu). V praxi se používají elektrické instalace s relativně nízkou úrovní napětí. Jeho hodnota nepřesahuje 12V. V obou případech, když je instalace zapnutá, prochází roztokem elektrický proud. Je stimulátorem procesu pasivace na povrchu obrobku. V praxi rozlišuji anodickou a katodickou pasivaci.
Při takové pasivaci je kladný potenciál aplikován na obrobek a záporný potenciál je aplikován na těleso lázně. Při použití elektrochemické metody se ochranný film vytvoří rychleji a je rovnoměrnější. Tato technologie je však dražší než chemická pasivace, protože využívá sofistikovanější zařízení a spotřebovává elektřinu.Při jejím působení je ochranný film jednotný. Na povrchu měděných přířezů se tak vytváří film. Proud prochází roztoky s rozpuštěnými solemi chrómu. Právě v nich měď získává největší odolnost proti korozi. Důležitými parametry v tomto procesu jsou doba pasivace, hustota a složení elektrolytu a kritická hodnota pasivačního proudu. Tyto parametry jsou vypočteny pro různé kovy a jsou uvedeny ve speciálních tabulkách. Na základě těchto údajů se vypočítá přípustná doba zpracování.
Vlastnosti kovů po zpracování
Hlavním úkolem pasivace je zlepšit fyzikálně-chemické a mechanické vlastnosti povrchové vrstvy materiálu, ze kterého je díl vyroben. Zbývající charakteristiky hlubších vrstev zůstávají nezměněny. Po dokončení pasivace se tedy v povrchové vrstvě změní následující vlastnosti a charakteristiky:
- objeví se vrstva s novým chemickým složením;
- mění se antikorozní aktivita (výrazně se zpomaluje);
- fyzikální vlastnosti materiálu jsou zlepšeny (pouze povrchová vrstva);
- v některých případech se mechanická pevnost produktu zvyšuje;
- barva dílu se mění (získá estetičtější tvar);
- spotřebitelské vlastnosti se zvyšují a prezentace se zlepšuje.
Pasivace nerezové oceli může výrazně zvýšit antikorozní vlastnosti a dodat hotovému dílu zcela jinou barvu. Použití chrómu nebo niklu v pasivačním roztoku vytváří brilantní kovovou barvu.
Pasivace železa blízkými chemickými prvky umožňuje vytvořit vnější vrstvu dostatečně odolnou vůči korozi. Rozsah těchto produktů se tedy rozšiřuje. Lze je použít i v aktivním a agresivním prostředí. Kromě různých druhů oceli je pasivace vystavena také litina. Hlavním úkolem je vytvořit ochranný film proti korozi. V některých případech při použití zahuštěného dusičnanu sodného získá povrchová vrstva určitou pružnost. V tomto případě se sníží křehkost celého dílu. Jedním typem oceli je tzv. modření. V důsledku zpracování se získá spolehlivá černá vnější vrstva.
Podobně se mění vlastnosti povrchové vrstvy neželezných kovů. V důsledku pasivace se vytvářejí adsorpční nebo fázové vrstvy o určité tloušťce. Umístění hliníkového polotovaru stimuluje proces přirozené pasivace povrchové vrstvy tohoto kovu. Při vystavení kyselým roztokům se ochranné vlastnosti hliníkové povrchové vrstvy zvyšují.
