Passivointi

In pinta tekniikka, passivointi viittaa spontaaniin ilmaantumisen tai kohdennettua luominen ei-metallisten suojakerros metallisen materiaalin , jotta voidaan estää tai huomattavasti hidastaa hapen korroosiota perusaineen. Jos suojakerros sisältää kromia, puhutaan kromaamisesta . Termejä passiivinen ja kromaatti ei ole selvästi erotettu toisistaan ​​jokapäiväisessä elämässä.

Spontaani passivointi

Jos paljas metalli altistuu ilmalle tai muulle syövyttävälle ympäristölle, riippuu metallin kemiallisesta koostumuksesta syöpyminen. Vaikka z. B. kulta ja platina syövyttävät hyvin hitaasti niiden jalometallien ominaisuuden vuoksi , vähemmän jalometalleilla, kuten raudalla , sinkillä ja alumiinilla, on taipumus syöpyä . Korroosion esiintyminen ja kuinka nopeasti riippuu myös passivointikerroksen mahdollisesta muodostumisesta. Paras esimerkki tällaisesta passivointi kerros on metalli kromi : vaikka kromi on vähemmän jalo kuin raudan kemiallisessa mielessä, se käyttäytyy melkein kuin jalometallin, kun se tulee korroosiota, kun se tulee ilman ja veden - tämä vaikutus on tunnettu kromatut kylpyhuonekalusteet, jotka ovat olleet kiiltäviä ja kiiltäviä vuosikymmenien ajan, pysyvät. Hyvin ohut, näkymätön oksidikerros [kromi-nikkeliteräksillä, joiden suuruusluokka on 10 nm (noin 50 atomikerrosta, puhtaalla kromilla 5 kerrosta)] erottaa metallin ilmakehästä, joten lisähapetus on mahdollista vain diffuusio oksidikerroksen läpi. Passiivinen kerros estää diffuusion, joten materiaalin jatkuva korroosio pysäytetään.

Toinen esimerkki tästä ilmiöstä on ruostumaton teräs : Kromia sisälsi muodot kromioksidia kerros 10,5%: n massa , joka estää edelleen hapettumisen. Jos tämä oksidikerros vaurioituu, paljas metalli joutuu kosketuksiin ilmakehän kanssa ja uusi passiivikerros muodostuu automaattisesti, ts. ts. kerros on itsensä parantava. Muita teknisesti tärkeitä materiaaleja, jotka muodostavat passiivisia kerroksia, ovat alumiini , nikkeli , titaani , lyijy , sinkki ja pii .

Epäsuotuisissa olosuhteissa (halogeenia sisältävä väliaine, sähkökemiallinen potentiaali , katso myös Pourbaix-kaavio ) materiaalit, joilla on passiivinen kerros, voivat olla alttiita syöpymiselle .

Tunnetuin esimerkki, jossa ei tapahdu spontaania passivoitumista, on tavallinen teräs. Korroosikerros - ruoste - koostuu nopeasti kasvavasta rautaoksidikerroksesta, joka ei hidasta korroosion etenemistä .

Pilling-Bedworth-suhdetta voidaan käyttää laskemaan, onko oksidikerroksella suojaava vai ei-suojaava luonne .

Spontaanit passivointikerrokset, joita usein kutsutaan myös natiiviksi oksidikerroksiksi, voidaan analysoida ja mitata pinta-analyysimenetelmillä. Valoelektronispektroskopia (XPS, ESCA) sopii tähän ihanteellisesti . Tämä menetelmä sallii oksidikerrosten paksuuden mittaamisen ja siten komponentin passivointikerroksen kemiallisen analyysin.

Passivointiprosessi

Ruostumattomat teräkset

Ruostumattomien terästen, joiden kromipitoisuus on yli 12%, luonnollista passiivista kerrosta voidaan parantaa merkittävästi käyttämällä passiivisia happoja , kuten typpihappoa ja sitruunahappoa . Tämä prosessi vähentää vapaan rautapitoisuuden pinnalla. Jäljellä oleva kromi muodostaa passiivisen kerroksen hapettumisen kautta. Sitruunahapolla tapahtuvalla passivoinnilla on ratkaisevia etuja verrattuna typpihapon passiivisuuteen. Sitruunahappo on työturvallisuuden kannalta vaaraton ja sitä on myös tehokkaampi käyttää. Tämä aiheuttaa myös perustason eron atomitasolla: Vaikka typpihappo hyökkää ensin rautakomponenttiin, se vähentää myös muiden seoskomponenttien osuutta. Tämän seurauksena kromioksidikerroksen paksuus voidaan esittää vain rajoitetusti.

Alumiini, magnesium, hopea, sinkki ja kadmium

Joidenkin metallien kohdalla on järkevää jättää passivointikerroksen luominen sattuman varaan, vaan generoida teknisesti passivointikerros määritellyn prosessin avulla. Yksi tällainen esimerkki on alumiini, mutta tässä tapauksessa ei puhuta passivoinnista, vaan anodisoinnista .

Alumiinilla, magnesiumilla , hopealla , sinkillä ja kadmiumilla kromausprosessia voidaan käyttää passiivikerroksen muodostamiseen, joka parannetun korroosiosuojan lisäksi toimii myös pohjamaalina myöhemmissä prosessivaiheissa, suojana (hopea) suojana sormenjälkiä vastaan ​​tai ulkonäön muuttamiseksi (kiilto, sävy).

Sinkki ja galvanoitu teräs

Sinkkikerrosten kromaus on saavuttanut suuren teknisen merkityksen. Tällä tavalla muodostettu passivointikerros voi viivästyttää sinkin ( valkoinen ruoste ) korroosiota hyvin pitkään. Passivointikerroksilla voi olla värit (heikko) sininen, keltainen, musta, oliivi tai läpinäkyvä prosessista riippuen.

Aikaisemmin jotkut passivointikerrokset sisälsivät myrkyllistä ja syöpää aiheuttavaa kromi (VI) oksidia , joka on ollut EU: ssa kielletty käytettäväksi autoteollisuudessa (autot alle 3,5 t) ja kodinkoneissa suurten terveysriskien takia vuodesta 2007.

Siksi on kehitetty vaihtoehtoja, jotka sisältävät vähemmän vaarallista kromia (III) tai ovat täysin kromittomia. Esimerkiksi kromittomissa prosesseissa käytetään hoitoliuoksia, jotka sisältävät monimutkaisia ​​zirkonium- tai titaanifluorideja. Tämän tuloksena saadaan titaanista tai zirkoniumoksidista valmistettu passivointikerros. Kaikki vaihtoehdot eivät saavuta samaa korroosionkestävyyttä kuin kromia (VI) sisältävät prosessit. Paksukalvopassivaatiota , joka mahdollistaa hyvän tai erittäin hyvän korroosionkestävyyden, käytetään laajasti vaihtoehtona kromi (VI) -oksidille .

Piin

Puolijohdeteollisuudessa pii on usein käytetty materiaali, joka hapettuu nopeasti ja menettää siten osan haluamistaan ​​positiivisista sähköisistä ominaisuuksista. Tähän mennessä piin nitridiä on käytetty usein pinnan passivoimiseksi. Tämä prosessi tapahtuu tyhjiökammiossa, joka kuumennetaan 400 ° C: seen. Tämä suhteellisen korkea lämpötila tarkoittaa, että kaikkia muuten sopivia materiaaleja ei voida käyttää passivointiprosessiin ja että tuotteiden valmistus on suhteellisen kallista. MIT-tutkijat kehittävät parhaillaan uutta prosessia, jonka avulla passivointiprosessi voidaan suorittaa huoneenlämmössä. Noin 300 ° C: seen lämmitetty kuumennusverkko sijoitetaan myös piin päälle tyhjiökammioon. Tyhjiökammion sisään tuotu polymeerimateriaali haihtuu lämmityslankojen läheisyydessä ja kondensoituu piin pinnalle. Tämän höyryfaasipinnoitusprosessin etujen sanotaan olevan huomattavasti alhaisempi energiankulutus, mahdollisuus käyttää monenlaisia ​​materiaaleja passivointiin ja merkittävä tuotantokustannusten aleneminen. Koska itse piitä ei lämmitetä yli 20 ° C: seen tässä prosessissa, merkittävästi paremman kokonaistehokkuuden pitäisi johtaa aurinkokennojen valmistukseen.

Katso myös

• Sinkitys

nettilinkit

Wikisanakirja: passivate  - selitykset merkityksille, sanan alkuperälle, synonyymeille, käännöksille

Wikisanakirja: Passivointi  - selitykset merkityksille, sanan alkuperälle, synonyymeille, käännöksille

• Ruostumattomien terästen peittaus ja passivointi (käytetty 18. kesäkuuta 2020)
• Metallipinnoitteiden kemiallinen passivointi teräslevystä (käytetty 18. kesäkuuta 2020)
• Ruostumattoman teräksen korroosio, passivointi, riisuminen / irrotus (käytetty 18. kesäkuuta 2020)
• Itseorganisoituvien yksikerroksisten korroosiosuojakerrosten tuotanto ja karakterisointi (katsottu 18. kesäkuuta 2020)
• Martensitic-ruostumattomien terästen passivointi (käytetty 18. kesäkuuta 2020)

Yksittäiset todisteet

1. ↑ Birte Kämmerer: Korroosionkestävyyden riippuvuus kromiterästen kemiallisesta pintakoostumuksesta . (PDF) julkaisussa: Väitöskirja. Augsburgin yliopisto, tammikuu 2012, käyty 16. marraskuuta 2020 . 
2. ↑ Oksidikerroksen paksuuden määrittäminen XPS: n avulla - nanoAnalytics. Haettu 16. marraskuuta 2020 . 
3. ↑ Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2000/53 / EY, annettu 18. syyskuuta 2000, romuajoneuvoista - komission julkilausuma . Julkaisussa: Euroopan parlamentin ja neuvoston virallinen lehti . L 269, 21. syyskuuta 2000, s. 34-43 . 
4. ↑ Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2002/95 / EY, annettu 27. tammikuuta 2003, tiettyjen vaarallisten aineiden käytön rajoittamisesta sähkö- ja elektroniikkalaitteissa . Julkaisussa: Euroopan parlamentin ja neuvoston virallinen lehti . L 037, 13. tammikuuta 2003, s. 19-23 . 
5. ↑ David L.Chandler, MIT News Office: viileämpi tapa suojata piipintoja . 13. helmikuuta 2013.