Pasivare

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Pasivarea este un fenomen electrochimic care poate încetini sau preveni complet reacția de coroziune a materialelor metalice pe care altfel le-ar suferi acestea din urmă. Fenomenul constă practic în formarea unui film subțire (format din produse de coroziune, substanțe prezente în mediul agresiv sau oxigen adsorbit pe suprafața metalului [1] ) care aderă perfect la partea de suprafață a piesei în contact cu mediul agresiv (de ex. apă sau aer ). Pentru ca fenomenul de pasivare să apară, filmul trebuie să împiedice difuzia agentului oxidant (în general oxigen ), deci trebuie să fie „compact”, adică dens și nu foarte poros .

fundal

Fenomenul pasivării era deja cunoscut la începutul anilor 1750 , timp în care savantul Michail Vasil'evič Lomonosov a investigat efectul fierului scufundat într-o soluție de acid azotic concentrat cu rezultate slabe. [2]

În 1836 Christian Friedrich Schönbein a introdus termenul „pasiv” pentru a se referi la fierul în contact cu acidul azotic concentrat. [3]

Friedrich Flade a introdus conceptul de „potențial Flade” în 1911 , pe care l-a folosit în studiile sale despre pasivarea fierului scufundat în acid sulfuric . [4]

Formarea filmului pasivant

Mecanism de pasivare a oțelului inoxidabil

Procesul de pasivare duce adesea la starea pasivă a materialului metalic, astfel încât fenomenul de coroziune este complet blocat și rata de creștere a filmului de pasivare, care rămâne „subțire”, este anulată.
În condiții pasive, deși rata de coroziune este zero, potențialul electric nu este zero, datorită supratensiunilor inevitabile de cristalizare, datorită faptului că pelicula pasivantă se dizolvă și se regenerează continuu. [5]

Cu toate acestea, se poate întâmpla ca filmul pasivizant format în timpul pasivării să nu fie suficient de compact, astfel încât rata de coroziune să scadă, dar să nu ajungă la zero, [1] adică, în acest caz, procesul de pasivare nu duce la starea de pasivitate.

În special, pentru a da naștere unor condiții pasive, filmul pasivant trebuie să aibă următoarele caracteristici:

  • compactitate (adică porozitate scăzută): astfel încât să blocheze difuzia oxigenului în cea mai mare parte a materialului metalic;
  • stabilitate în condițiile de mediu avute în vedere;
  • grosime foarte subțire (în general în jur de 50 Å ); [6] filmele mai groase sunt de fapt mai puțin compacte;
  • uniformitate: trebuie să acopere uniform întreaga suprafață a materialului metalic; dacă, pe de altă parte, acest strat nu acoperă în mod adecvat suprafața materialului, oxigenul are posibilitatea de a reacționa cu metalul și fenomenul de coroziune nu este blocat.

Pentru ca filmul pasivizant să aibă aceste caracteristici, este necesar să se controleze corect procesul de pasivare.
Mai precis, principalii factori care influențează procesul de pasivare, ajutând la determinarea scăderii sau anulării ratei de coroziune, sunt natura materialului metalic și condițiile de mediu [1] (inclusiv pH-ul , umiditatea atmosferică și temperatura ). În special, pentru ca filmul pasivizant să se formeze, agentul oxidant trebuie să fie într-o concentrație mai mare decât o anumită valoare limită, care este mai mare pe măsură ce temperatura crește. [ fără sursă ]

Un exemplu de dependență a pasivării de condițiile de mediu este dat de fier, care este pasiv în acid sulfuric concentrat, dar se corodează în acid sulfuric diluat. [1]
Un alt exemplu este dat de oțelul, care este pasiv într-un mediu de bază (mai precis la pH 12), o afecțiune care apare de exemplu pentru barele cufundate în piese turnate din beton [ fără sursă ] . Mai general, condițiile de pH în care poate apărea pasivarea pot fi determinate de diagrama Pourbaix (deși aceste condiții sunt necesare, dar nu suficiente pentru ca procesul de pasivare să evolueze).

Un exemplu în care modificarea naturii materialului metalic afectează condițiile de pasivare este dat de adăugarea la oțel a altor metale (cum ar fi cromul și nichelul), datorită căreia este posibil să se obțină un film pasivant foarte aderent, obținerea așa-numitului „ oțel inoxidabil ”. [7]

În cazul oțelului și al altor materiale care nu trec spontan, fenomenul pasivării este indus în timpul proceselor metalurgice, după faza de decapare . [ fără sursă ]

Active, pasive și trans-pasive

Diagrama aparatului pentru teste electroanalitice:
1) electrod de lucru
2) electrod auxiliar
3) electrod de referință.
Diagrama Evans în condiții de pasivare. Curba de polarizare anodică este prezentată în albastru, în timp ce două exemple de posibile curbe de polarizare a catodului sunt prezentate în roșu.

Pentru a studia comportamentul unui material metalic înainte, în timpul și după procesul de pasivare, este posibil să se utilizeze una dintre următoarele metodologii electroanalitice : [8]

În ambele cazuri, datele obținute sunt grupate într-o diagramă Evans , în care logaritmul densității curentului electric este prezentat pe abscisă, în timp ce diferența de potențial electric este prezentată pe ordonată.

În timpul acestor teste, inițial materialul metalic este „ activ ”, adică viteza de coroziune (care este reprezentată de intensitatea curentului i ) crește pe măsură ce crește potențialul electrodului E (a cărui dependență de pH poate fi determinată folosind o diagramă Pourbaix ). Acest potențial electric este o consecință a jumătăților de oxidare și reducere care apar în timpul fenomenului de coroziune și care sunt reprezentate în diagrama Evans prin curbele de polarizare anodică (pentru oxidare) și polarizare catodică (pentru reducere).

Pe măsură ce potențialul crește, se atinge un punct numit „potențial de pasivare” care corespunde cu densitatea maximă a curentului electric și la care există o scădere bruscă a ratei de coroziune. [5] [9] Acest punct corespunde debutului fenomenului de pasivare.
Prin creșterea în continuare a potențialului, ajungem la așa-numitul „potențial Flade”, care corespunde unei densități de curent foarte apropiate de minim; [10] dincolo de potențialul Flade se atinge valoarea minimă a ratei de coroziune (care este zero în condiții pasive).
În intervalul de pasivitate (adică pentru valori mai mari decât potențialul de pasivare, dar nu prea mare), există o valoare scăzută a curentului celulei (și, prin urmare, rata de coroziune); această valoare nu este zero, datorită prezenței supratensiunilor de cristalizare asociate cu dizolvarea și regenerarea filmului pasivant. [5]

Prin creșterea în continuare a potențialului, curentul celulei rămâne scăzut, până când rata de coroziune crește din nou: în această stare vorbim de transpassivitate . [5]

Potențialele Flade

Valorile potențialelor Flade (ale căror valori sunt foarte apropiate de potențialele de pasivare [9] ) depind de natura materialului în cauză [9] și de condițiile de mediu. [10]

Tabelul următor prezintă potențialele Flade ale unor metale la pH = 0 și pentru temperaturi apropiate de 25 ° C : [10]

Metal Potențial de pasivare ( NHE )
Aur +1,36
Platină +0,91
Fier +0,58
Argint +0,40
Nichel +0,36
Crom -0,22
Titan -0,24

Notă

  1. ^ a b c d Pedeferri , pp. 77-79 .
  2. ^ Bagot͡s͡kiĭ , p. 306.
  3. ^ Revie , p. 83 .
  4. ^ Groysman , p.309
  5. ^ a b c d lui Ullmann , cap. 2.
  6. ^ Bockris Vol. 2 , p. 1325 .
  7. ^ Enciclopedia Columbia .
  8. ^ Revie , pp. 84-85 .
  9. ^ a b c Bockris Vol. 2 , p. 1316 .
  10. ^ a b c Bockris Vol. 2 , p. 1317 .

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 45351 · LCCN (EN) sh85098529 · GND (DE) 4173500-6