Was ist Passivierung?
Es ist eine industrielle chemische Veredelungspraxis, um verschiedene Metalllegierungen vor Korrosion zu schützen. Passivierung verwendet milde Oxidationsmittel wie Salpetersäure und Zitronensäure. Diese Säuren entfernen exogenes freies Eisen, Sulfide und andere Fremdpartikel von der Oberfläche und bilden anstelle dessen eine Oxidschicht oder einen Oxidfilm, der anschließend als Schutzschild wirkt. Es ist entscheidend, dass eine solche Behandlung mit Säure das Metall selbst nicht wesentlich beeinflussen sollte., Diese Abschirmung reduziert das Risiko zukünftiger Korrosion durch Luft erheblich.Jahrhundert zurückverfolgt werden, als ein Chemiker, Christian Friedrich Schönbein, entdeckte, dass Eisen einen chemisch inaktiven oder passiven Zustand erreicht, wenn es mit konzentrierter Salpetersäure behandelt wird. Jahrhundert wurde festgestellt, dass Salpetersäure durch weitaus umweltfreundlichere Zitronensäure ersetzt werden kann .
Warum brauchen wir Passivierung?,
Passivierung schützt das Metall nicht nur vor Rost, sondern schützt die Metallteile auch vor anderen Oberflächenverunreinigungen, die zu einer längeren Lebensdauer und geringeren Wartungskosten führen.
Es ist zu beachten, dass Metalle wie Edelstahl in ihrer chemischen Zusammensetzung neben Eisen bereits Nickel und Chrom enthalten. Stahl hat diese einzigartige Eigenschaft, dass sich seine Zusammensetzung ändert, wenn wir uns von der Mitte zur Oberfläche bewegen. Die äußere Oberfläche enthält im Vergleich zu Eisen einen höheren Chromgehalt., Das Chrom auf der Oberfläche reagiert leicht mit der Luft draußen und bildet einen Schutzfilm aus Chromoxid über der Oberfläche. Die Passivierung optimiert und verstärkt diese Bildung der Chromoxidschicht einfach kontrolliert. Die Chromoxidschicht ist 2 bis 5 Atom dick, die durch den Ersatz von reaktiven Eisenatomen durch stabile Chromatome gebildet wird. Die Gleichmäßigkeit und Dicke kann quantitativ mit mehreren Techniken wie Auger Elektrospektroskopie (AES), Elektronenspektroskopie für die chemische Analyse (ESCA) und Energie Dispersive Röntgenanalyse (EDX) gemessen werden .,
Unter idealen Bedingungen erfordert Edelstahl möglicherweise nicht einmal eine Passivierung, aber es ist gängige Praxis, Stahl verschiedenen Prozessen wie Schneiden, Schleifen und Schweißen zu unterziehen, die den Stahl anfällig für Rost machen, da Chromoxid nicht richtig geformt ist. Dies führt zu einem „Blitzangriff“, bei dem keine gleichmäßige Oxidschicht auf der Oberfläche gebildet wird, sondern die Metalloberfläche dunkel und geätzt wird. Roter Rost, der durch die Bildung von Eisenoxid entsteht, verursacht weitere Korrosion in den inneren Schichten., Daher entsteht der Bedarf an Passivierung in der Medizin -, Zahn -, Luft-und Raumfahrt -, Kraftübertragung/ – verteilung, Schwerindustrie und Benzinchemie .
Was ist der Prozess der Passivierung?
Zunächst wird das Metall mit Hilfe einer alkalischen Lösung (z. B. Natriumhydroxid) gereinigt, um Verunreinigungen, Öl und Fett zu entfernen. Zweitens wird es vorzugsweise mit einer Strahldüse mit deionisiertem und demineralisiertem Wasser gespült. Manchmal kann eine harte Borstenbürste auch verwendet werden, um Fremdkörper zu entfernen, die später zu Blasenbildung führen würden, wenn sich Oxidfilm bildet., Anschließend wird der Edelstahl für etwa 20 bis 30 Minuten vollständig in Säure eingetaucht, wobei eine Temperatur von etwa 130 °F abhängig von der chemischen Zusammensetzung des Metalls zur Hand ist. Es ist wichtig sicherzustellen, dass Säure kontaminationsfrei ist, und dies kann erreicht werden, indem die Säurelösung regelmäßig durch eine frische Charge ersetzt wird. Es ist auch ebenso wichtig, Metall derselben Zusammensetzung und Sorte gleichzeitig einzutauchen. Die Säure reinigt die Oberfläche von freiem Eisen und hinterlässt eine Oberfläche, die im Vergleich zur Zusammensetzung des restlichen Metalls einen höheren Chromanteil aufweist., Wenn diese Oberfläche anschließend Luft ausgesetzt wird, bildet sich eine dickere Oberfläche aus Chromoxid, wodurch das Metall nicht reaktiv wird und das Metall rostbeständig wird. Gegenwärtig werden Ultraschallmaschinen verwendet, um eine Oxidschichtbildung zu erzeugen, selbst wenn das Metall in das Säurebad eingetaucht ist. Als letzten Schritt kann die Metalllegierung auch mit Salzspray, hoher Luftfeuchtigkeit oder Kupfersulfat getestet werden .
Manchmal wird auch eine Verbindung von Salpetersäure mit Natriumdichromat verwendet. Dies verursacht eine schnelle Bildung von Schutzfilm über der Oberfläche., Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass Natriumdichromat extrem giftig ist. Letztendlich entscheidet die Kundenanforderung und die Metallzusammensetzung, welche Methode angewendet werden soll. Es ist bemerkenswert, dass Passivierung kein elektrolytischer Prozess ist und nicht auf Metalloberflächen benötigt wird, die anschließend überstrichen oder pulverbeschichtet würden .,
Was sind die verschiedenen Methoden zur Passivierung?
Im Stadium des sauren Eintauchens werden verschiedene Methoden angewendet., Die erste und gebräuchlichste Technik ist das Eintauchen in den Säuretank. Diese Methode bietet einen gleichmäßigen und optimalen Schutz. Die Größe des Tanks kann von 1,25 Gallonen bis mehr als 500 Gallonen reichen, abhängig von den Abmessungen des Metalls, das passiviert werden muss. Eine andere Methode, die als „Zirkulation“ bekannt ist, beinhaltet das Zirkulieren von Säure durch das System. Diese Methode eignet sich für Metallrohre, die korrosives Material tragen würden. Säure könnte auch auf das Metall gesprüht werden, aber diese Methode erfordert spezielle Sicherheits-und Entsorgungsprotokolle.,
Was sind die verschiedenen Industriestandards für Passivierung?
Es gibt eine Reihe von Industriestandards wie ASTM A967, AMS 2700, ASTMA380 und SAE-QQ-P-035 zur Passivierung von Metallen wie Edelstahl, Titan usw. ASTM A967 überwacht speziell die Passivierung von Edelstahlteilen. Es basiert auf dem Standard des US-Verteidigungsministeriums SAE-QQ-P-035 und ist einer der gebräuchlichsten Standards. AMS 2700 bietet Richtlinien für die Passivierung von Stahl in der Luft-und Raumfahrt., ASTM A380 reguliert die Reinigung und Entkalkung von Edelstahl -, Titan-und verwandten Legierungsgeräten .
Welche Präzision, Herstellung & Reinigung (PFC) bieten kann?
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Quellen
https://www.besttechnologyinc.com/passivation-systems/what-is-passivation/
https://astropak.com/passivation-process/
https://www.mmsonline.com/articles/how-to-passivate-stainless-steel-parts
https://www.theruststore.com/What-is-stainless-steel-passivation-W85.aspx
https://www.eng-tips.com/viewthread.cfm?qid=153287