Birçok metal havaya ve suya maruz kaldığında korozyona açıktır. Korozyon metal strese ve parçaların bozulmasına neden olabilir, bu nedenle metaluristler bunu yenmenin yollarını ararlar. Böyle bir yöntem metal pasivasyondur, daha az bilinen bir conta olarak ince bir kimyasal tabaka kullanan bir yüzeyin korozyona karşı korunma yöntemidir. Pasivasyon doğal olarak olabilir veya üretim süreçleri tarafından teşvik edilebilir.
AŞINDIRMA NEDİR?
Metal aşınması, aktif bir metal alaşımının molekülleri çevrelerinde elektrokimyasal olarak daha kararlı hale gelmeleri durumunda reaksiyona girdiğinde meydana gelir. Oksitler, hidroksit ve sülfitler korozyonun ana bileşenleridir. Basit maruz kalma, su ve havadaki demir paslanmaları gibi reaksiyona neden olabilir. Elektrokimyasal işlemler aynı zamanda, bir bataryadaki nikel ve kadmiyum arasındaki galvanik korozyon ile olduğu gibi reaksiyona da neden olabilir.
Korozyona dayanıklı metaller var. Altın, gümüş ve platin gibi asil metaller birçok durumda kimyasal olarak kararlıdır. Asil metaller korozyona karşı dayanıklı değildir, ancak işlem yavaş veya daha az yaygın moleküllerle gerçekleşir. Örneğin, gümüşün koyu siyah rengi genellikle oksijen ve su yerine hidrojen sülfürden kaynaklanır. Metalurji uzmanları metallerin aktif potansiyelini galvanik skala veya anodik endeks kullanarak kontrol ederler. Tepeye yakın olanlar daha az doğal olarak korozyona eğilimlidir.
“Aktif” metaller veya ölçeğin altına yakın olanlar kimyasal olarak daha az kararlıdır ve bu nedenle ortamdaki diğer elementlerle reaksiyona daha yatkındır. Bunu önlemek için, korozyonu azaltmak için aktif veya pasif işlemler kullanılır. Bu işlemler genellikle metali bir üst tabaka ile “sızdırmaz hale getirerek” ve havanın ve suyun altındaki metale ulaşmasını önleyerek çalışır. Tabaka insan yapımı olabilir: boya, toz kaplama ve yağ, tüm genel sızdırmazlık maddeleridir. Çizilirlerse korozyon girer.
Metalin sızdırmazlığında kullanılan diğer bir seçenek, fabrikasyon malzemeler yerine kimyasal reaksiyonların kullanıldığı kimyasaldır. Bir kimyasal işlem pasivasyondur.
Genelde paslanmaz çelikle ilişkili pasivasyon, metali paslanmaya karşı korumak için bir malzemedir – materyali çevre pasif hale getirir. Pasivasyon, belki de sezgisel olarak, yüzeyde aşınmayı teşvik ederek yeni, reaktif olmayan bir kimyasal maddenin ince bir katmanını oluşturur. Bu üst katman, metale sıkıca bağlı kalmakta ve elementlerin sonraki metal katmanlarını aşınmasını engelleyen doğal bir sızdırmazlık yaratmaktadır. Her yüzey sıkıca bağlı bir korozyon tabakasıyla kaplandığında bir metal pasifleştirilir. Bu katman zaman içinde doğal olarak (pasif olarak) oluşabilir, ancak üreticiler onu aktif olarak indükleyebilirler.
Pasivasyon elektrokimyasal deneyler yapan bilim adamları tarafından keşfedildi, ancak sürecin genel kullanım için faydasını hemen tanımıyorlardı. 1790 yılında, kimyager James Keir, güçlü bir nitrik asit banyosunun demiri aşındırmadığını gözlemledi. Aynı çözelti su ile seyreltildiğinde, demirin derhal paslandığını ve kabarcıklı bir koyu kahverengi su çözeltisi oluşturduğunu belirtti. 1836’da, İsviçreli kimyager Christian Friedrich Schönbein, deneyi daha ileri belirtti. Keir’in belirttiği gibi, zayıf nitrik aside batırılmış bir demir parçasının çözündüğünü ve hidrojen ürettiğini gösterdi. Bununla birlikte, demir ilk önce güçlü bir aside batırılmışsa, seyreltik aside dayanabilir. Suyun aşındırıcı elementleri en azından bir süre körfezde tutuluyor gibiydi.
İngiliz elektrokimyacı Michael Faraday, nedenini açıklayan ilk kişi oldu. Schönbein’e güçlü asit tarafından oluşturulan bir oksit cildinin pasif duruma neden olabileceğini varsaydı. Kimyacılar ve metaluristler kimyasal bir “deri” fikrini araştırırken, pasivasyon üretmek veya geliştirmek için teknikler ve organik olarak pasif contalar yaratacak alaşımlar aradılar.
PASİF OKSİT TABAKALARI
Metaller çevresindeki ortama maruz kaldıklarında, boya veya toz kaplama ile engellenmeden bırakılırlarsa, deriyi veya sızdırmazlık tabakasını yaratarak doğal olarak paslanacaktır. Çoğu pasif film oksitten, metal ve oksijenin birleşiminden oluşur, buna pasif oksit tabakaları denir.
Pasif oksit tabakalarının en büyük yararlarından biri, doğal olarak ortaya çıktıklarında, metal yüzeyi çizilirse veya başka türlü hasar görürse doğal olarak “iyileşir”, bir sonraki molekül tabakası daha sonra çevresel elementlerle bağlanır.
Pasif oksit tabakalarının etkinliği, ilgili elementlerin tipine bağlıdır. Tüm oksit tabakaları koruyucu değildir: Oksit, oksijenin geçmesi için yeterince gözenekli ise, o zaman hiçbir conta oluşmayacak ve altındaki metal aşınmaya devam edecektir. Örneğin, magnezyum oksit, korozyonu durduramayan yüksek yüzey porozitesine sahip bir katman oluşturur. Oksijen molekülleri hala akıyor ve altındaki magnezyum ile reaksiyona giriyor.
Bazı alaşımlar için doğal pasivasyon uzun zaman alabilir; diğerleri için, metal tanesinde veya yüzey birikintileri varlığında değişkenlik göstererek düzensiz bir şekilde gelişebilir. Metalurji uzmanları, hemen kullanılabilir ürünler yaratma sürecini hızlandırmak ve standartlaştırmak için aktif pasivasyon yöntemleri geliştirdiler.
Silah “mavili”, kimyasal üretim araçlarıyla zorla pasivasyona erken bir örnekti. Demir oksitlerinden biri, manyetit, siyah bir oksit (Fe3O4) ve bu oksit paslanmanın (Fe3O3) yapacağı gibi pul pul dökülmez. Isı ve yakıcı çözeltiler kullanarak bu siyah oksitleri oluşturmak için çeşitli kimyasal işlemler kullanılabilir. Bununla birlikte, takım çelikleri gibi mavileştirme korozyona karşı koruma sağlasa da, hasarlı bir katman normal koşullarda “iyileşmez”. Bluing bu nedenle bakım ve bakım gerektiren üretilmiş bir sızdırmazlık maddesidir.
Günümüzde yaygın aktif pasivasyon tedavilerinin birkaç adımı vardır:
Yüzeydeki yağı ve kirleri çıkarmak için ürünün temizlenmesi. Asit banyosundan harici bir kaplama ile kapatılmış hiçbir alan olmamalıdır.
Nitrik asit veya sitrik asit banyolarında pasif hale getirme veya bir elektrokimyasal işlem kullanarak. Paslanmaz çelik için bu adım, paslanmaz çeliğin katı pasif bir film oluşturmasını engelleyen serbest demir birikintilerini temizler. Mikroskobik bir seviyede, serbest demir birikimi, pasif krom oksit tabakasının sürekli bir sızdırmazlık oluşturmasını önler. Nitrik asit banyosundan sonraki pasivasyon katmanı Cr203’ten yapılmıştır.
Asit çözeltinin tüm izlerini içeren maddeyi durulayın, serbest kalan demir ile birlikte alın.
Ürün oksidasyonu teşvik eden koşullar altında yerleştirilir. Koşullar, artan sıcaklık ve nem kombinasyonunu ve tuz spreyi, bakır sülfat veya potasyum ferrisiyanür gibi pas destekleyici ajanların kullanımını içerir.
Paslanmaz çelik, doğal pasivasyon yoluyla korozyon direncine sahip sert bir metaldir. 1913’teki icadından bu yana birçok sanayi metale güvenmeye başladı. Ancak paslanmadığı garanti edilmez.
Paslanmaz çelik, diğer çelikler gibi, çoğunlukla demir ve karbondan yapılmıştır. Alaşıma devrimci ekleme kromdur. Havaya maruz kalan krom hızlı bir şekilde demiri sızdırmaz hale getiren ve koruyan pasif bir oksit tabakası oluşturur. Çeşitli paslanmaz çelik sınıfları farklı destek metalleri içerir: molibden, silikon ve diğer bileşenlerin hepsi farklı uygulamalar için pasif destek vermektedir. Bazı sınıflar ısının yönetiminde üstündür, diğerleri ise tuzdan kaynaklanan korozyona karşı dirençlidir: alaşımın kimyasal karışımı farklı koşullar altında nasıl davrandığını değiştirir. Demir birikintileri, ısı, diğer metallerle temas, tuz ve asitlerin hepsi oksit tabakasına meydan okuyabilir.
Alüminyum, doğal olarak pasifleşen başka bir metaldir. Alüminyum oksit, havaya maruz kaldığında çoğu (her ne kadar olmasa da) alüminyum alaşımlarında oluşur ve bu da yüzeyi kendiliğinden korur. Alüminyum oksite tuz, elektrokimyasal stres veya sıkışmış nem neden olabilir. Hem paslanmaz çelik hem de alüminyum ile, üretim işlemleri, doğal olarak meydana gelenden daha fazla kalınlıkta veya homojenliğe sahip pasif katmanların oluşturulmasına yardımcı olmak için kullanılır.