การทู่คือ กระบวนการทู่ของโลหะหมายถึงการสร้างฟิล์มบางบนพื้นผิวเพื่อป้องกันการกัดกร่อน

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

วิธีการป้องกันโลหะจากการกัดกร่อนแบบดั้งเดิมนั้นมีโอกาสน้อยที่จะเป็นไปตามข้อกำหนดทางเทคนิคที่ใช้กับคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพของโครงสร้างและวัสดุที่สำคัญ คานแบริ่งในโครงบ้าน แนวท่อ และโลหะหุ้มไม่สามารถทำได้โดยปราศจากการป้องกันสนิมทางกลเพียงอย่างเดียวเมื่อต้องใช้งานผลิตภัณฑ์ในระยะยาว วิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการป้องกันการกัดกร่อนคือวิธีทางเคมีไฟฟ้าและโดยเฉพาะอย่างยิ่ง การทำให้เป็นฟิล์ม นี่เป็นวิธีหนึ่งในการใช้สารออกฤทธิ์ที่สร้างฟิล์มป้องกันและฉนวนบนพื้นผิวของชิ้นงาน

ภาพรวมเทคโนโลยี

Passivation ควรเข้าใจว่าเป็นกระบวนการสร้างฟิล์มบาง ๆ บนพื้นผิวโลหะซึ่งมีโครงสร้างโดดเด่นด้วยความต้านทานสูง นอกจากนี้ หน้าที่ของสารเคลือบนี้อาจแตกต่างออกไป ตัวอย่างเช่น ในอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ ไม่เพียงยืดอายุการใช้งานของอิเล็กโทรดเท่านั้น แต่ยังช่วยลดความเข้มของการคายประจุเองด้วย จากมุมมองของการป้องกันการกัดกร่อน ทู่เป็นวิธีการเพิ่มความต้านทานของวัสดุต่อสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าวซึ่งกระตุ้นการพัฒนาของสนิม กลไกเดียวกันของการก่อตัวของสารเคลือบป้องกันฉนวนอาจแตกต่างกัน วิธีการทางเคมีไฟฟ้าและเคมีนั้นแตกต่างกันโดยพื้นฐาน แต่ในทั้งสองกรณี ผลลัพธ์สุดท้ายจะเป็นการเปลี่ยนโครงสร้างภายนอกของชิ้นงานไปสู่สถานะที่ไม่ใช้งานทางเคมี

หลักการป้องกันการกัดกร่อนด้วยไฟฟ้าเคมี

ปัจจัยสำคัญในการสร้างฟิล์มไฟฟ้าเคมีคือผลกระทบของกระแสภายนอกบนพื้นผิวเป้าหมาย ในขณะที่กระแสแคโทดไหลผ่านโครงสร้างโลหะที่สึกกร่อน ศักยภาพของมันจะเปลี่ยนแปลงไปในทิศทางเชิงลบ ซึ่งจะเปลี่ยนธรรมชาติของกระบวนการไอออไนเซชันของโมเลกุลของชิ้นงานด้วย ภายใต้สภาวะของการได้รับขั้วบวกจากด้านข้างของโพลาไรเซอร์ภายนอก (โดยทั่วไปสำหรับตัวกลางที่เป็นกรด) อาจจำเป็นต้องเพิ่มกระแส นี่เป็นสิ่งจำเป็นในการระงับโพลาไรเซอร์และต่อมาได้รับการป้องกันการกัดกร่อนอย่างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตามด้วยการทู่พื้นผิวที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากกระแสภายนอกการปลดปล่อยไฮโดรเจนจะเพิ่มขึ้นซึ่งนำไปสู่การไฮโดรจิเนชันของโลหะ ส่งผลให้กระบวนการละลายไฮโดรเจนในโครงสร้างโลหะเริ่มต้นขึ้น ตามด้วยการเสื่อมสภาพในคุณสมบัติทางกายภาพของชิ้นงาน

แคโทดวิธีการป้องกัน

เป็นฉนวนป้องกันการกัดกร่อนแบบไฟฟ้าเคมีที่ใช้เทคนิคการใช้กระแสแคโทดิก แต่วิธีนี้สามารถทำได้หลายวิธี ตัวอย่างเช่น ในบางกรณีในการผลิต อาจมีการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นโดยการเชื่อมต่อชิ้นส่วนกับแหล่งกระแสภายนอกเป็นแคโทด ขั้วบวกเป็นอิเล็กโทรดเสริมเฉื่อย วิธีนี้จะทำให้รอยต่อมีรอยต่อหลังจากเชื่อม ปกป้องแท่นโลหะของโครงสร้างการขุดเจาะและท่อใต้ดิน ข้อดีของวิธี cathodic passivation ได้แก่ ประสิทธิภาพในการยับยั้งกระบวนการกัดกร่อนประเภทต่างๆ

นอกจากความเสียหายจากสนิมทั่วไปแล้ว ยังป้องกันการกัดกร่อนแบบรูพรุนและตามขอบเกรนอีกด้วย วิธีการดังกล่าวของการกระทำทางไฟฟ้าเคมีแบบคาโธดิกเช่นเดียวกับการป้องกันและไฟฟ้าก็ได้รับการฝึกฝนเช่นกัน คุณลักษณะหลักของวิธีการเหล่านี้คือการใช้โลหะที่มีอิเล็กโตรเนกาทีฟมากขึ้นเป็นโพลาไรเซอร์ องค์ประกอบนี้สัมผัสกับผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการคุ้มครองและทำหน้าที่เป็นขั้วบวกซึ่งถูกทำลายระหว่างการทำงาน วิธีการที่คล้ายกันนี้มักใช้ในการหุ้มฉนวนโครงสร้างขนาดเล็ก ชิ้นส่วนของอาคารและโครงสร้าง

วิธีป้องกันแอโนด

ด้วยฉนวนขั้วบวกของชิ้นส่วนโลหะ ศักยภาพการเลื่อนไปในทิศทางบวก ซึ่งทำให้พื้นผิวมีความทนทานต่อกระบวนการกัดกร่อน ส่วนหนึ่งของพลังงานของกระแสแอโนดที่ใช้ไปกับการแตกตัวเป็นไอออนของโลหะโมเลกุลและส่วนอื่น ๆ - เพื่อระงับปฏิกิริยา cathodic

ปัจจัยลบของแนวทางนี้คืออัตราการละลายของโลหะที่สูงซึ่งเทียบไม่ได้กับอัตราการลดปฏิกิริยาการกัดกร่อน ในทางกลับกัน มากจะขึ้นอยู่กับโลหะที่ใช้ทู่ สิ่งเหล่านี้สามารถเป็นได้ทั้งวัสดุที่ละลายอย่างแข็งขันและชิ้นส่วนที่มีชั้นอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่สมบูรณ์ โครงสร้างซึ่งในสถานะพาสซีฟยังก่อให้เกิดปฏิกิริยาการเบรกและการทำลาย แต่ไม่ว่าในกรณีใด เพื่อให้บรรลุผลอย่างมีนัยสำคัญของการป้องกันการกัดกร่อน จำเป็นต้องใช้กระแสแอโนดขนาดใหญ่

จากมุมมองนี้ วิธีนี้ไม่แนะนำให้ใช้สำหรับการบำรุงรักษาฉนวนในระยะสั้น อย่างไรก็ตาม ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานต่ำสำหรับการรักษากระแสที่ทับซ้อนกันจะทำให้ฟิล์มขั้วบวกมีความสมเหตุสมผล อย่างไรก็ตาม ระบบป้องกันที่ก่อตัวขึ้นในอนาคตต้องการความแรงในปัจจุบันเพียง 10-3 A/m2.

การใช้สารเคมียับยั้ง

วิธีการทางเทคโนโลยีทางเลือกในการเพิ่มความต้านทานของโลหะเมื่อใช้งานในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าว สารยับยั้งทำให้เกิดการทู่ของสารเคมี ซึ่งช่วยลดความเข้มของการละลายของโลหะ และกำจัดผลกระทบที่เป็นอันตรายของความเสียหายจากการกัดกร่อนในระดับต่างๆ กัน

ในตัวมันเอง สารยับยั้ง ในแง่หนึ่ง คล้ายคลึงกันของกระแสทับซ้อน แต่ด้วยปฏิกิริยาเคมีหรือไฟฟ้าเคมีรวมกัน สารอินทรีย์และอนินทรีย์ทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นของฟิล์มป้องกันและบ่อยครั้งขึ้น -สารประกอบเชิงซ้อนที่คัดเลือกมาเป็นพิเศษ การนำสารยับยั้งไปใช้ในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าวทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างของพื้นผิวโลหะ ซึ่งส่งผลต่อปฏิกิริยาของอิเล็กโทรดจลนศาสตร์

ประสิทธิภาพของการป้องกันจะขึ้นอยู่กับประเภทของโลหะ สภาพภายนอก และระยะเวลาของกระบวนการทั้งหมด ดังนั้น ในระยะยาว การเกิดทู่ของเหล็กกล้าไร้สนิมจะต้องใช้แหล่งพลังงานมากกว่าเพื่อรับมือกับสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าวมากกว่าในกรณีของทองเหลืองหรือเหล็ก แต่กลไกการออกฤทธิ์ของตัวยับยั้งนั้นยังคงมีบทบาทสำคัญอยู่

สารยับยั้ง-passivator

การป้องกันการกัดกร่อนแบบแอคทีฟตามหลักการสร้างความต้านทานแบบพาสซีฟสามารถเกิดขึ้นได้จากสารยับยั้งที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงมีการใช้สารประกอบการดูดซับในรูปของแอนไอออน ไอออนบวก และโมเลกุลที่เป็นกลาง ซึ่งอาจมีผลทางเคมีและไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวโลหะ สิ่งเหล่านี้เป็นวิธีการสากลในการป้องกันการกัดกร่อน แต่ผลกระทบจะลดลงในสภาพแวดล้อมที่ออกซิเจนโพลาไรเซชันครอบงำ ตัวอย่างเช่น ต้องใช้สารยับยั้งพิเศษที่มีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์เพื่อทำให้สเตนเลสสตีลปราศจากฟิล์ม ซึ่งรวมถึงโมลิบเดต ไนไตรต์ และโครเมต ซึ่งสร้างฟิล์มออกไซด์ที่มีการโพลาไรซ์เชิงบวกเพียงพอที่จะปล่อยโมเลกุลออกซิเจน บนพื้นผิวของโลหะ จะเกิดการดูดซับทางเคมีของอะตอมออกซิเจนที่เกิดขึ้น ปิดกั้นบริเวณที่มีการเคลื่อนไหวมากที่สุดของสารเคลือบ และสร้างศักยภาพเพิ่มเติมในการชะลอปฏิกิริยาการละลายของโครงสร้างโลหะ

การใช้ทู่ในการปกป้องเซมิคอนดักเตอร์

การทำงานขององค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ภายใต้ไฟฟ้าแรงสูงต้องใช้วิธีการพิเศษในการป้องกันการกัดกร่อน ในกรณีดังกล่าว ทู่ของโลหะจะแสดงในการแยกเป็นวงกลมของบริเวณแอคทีฟของชิ้นส่วน การป้องกันขอบไฟฟ้าเกิดขึ้นโดยใช้ไดโอดและทรานซิสเตอร์สองขั้ว ฟิล์มเคลือบระนาบเกี่ยวข้องกับการสร้างวงแหวนป้องกัน เช่นเดียวกับการเคลือบพื้นผิวผลึกด้วยแก้ว อีกวิธีหนึ่งของการสร้างฟิล์มเมซ่าเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของร่องเพื่อเพิ่มระดับความเค้นสูงสุดที่อนุญาตบนพื้นผิวของผลึกโลหะโครงสร้าง

การดัดแปลงฟิล์มกันสนิม

การเคลือบที่เกิดขึ้นจากการทู่ช่วยให้เสริมแรงได้หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นการชุบ การชุบโครเมียม การลงสี และสร้างฟิล์มอนุรักษ์ นอกจากนี้ยังใช้วิธีการเสริมความเข้มแข็งของการป้องกันการกัดกร่อนเช่นนี้ สำหรับการเคลือบสังกะสี สารละลายพิเศษได้รับการพัฒนาโดยใช้ส่วนประกอบโพลีเมอร์และโครเมียม สำหรับถังสังกะสีทั่วไป สามารถใช้สารเติมแต่งที่ไม่ทำปฏิกิริยาล้างได้

สรุป

การกัดกร่อนเป็นกระบวนการทำลายล้างที่สามารถแสดงออกได้หลายวิธี แต่ในแต่ละกรณีจะส่งผลให้คุณสมบัติการทำงานบางอย่างของโลหะเสื่อมสภาพ เป็นไปได้ที่จะยกเว้นการเกิดขึ้นของกระบวนการดังกล่าวในรูปแบบต่าง ๆ เช่นเดียวกับการใช้โลหะมีตระกูลซึ่งมีลักษณะโดยการลดลงในขั้นต้นไวต่อการเกิดสนิม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเหตุผลทางการเงินและเทคโนโลยีบางประการ การใช้การป้องกันการกัดกร่อนแบบมาตรฐานหรือการใช้โลหะที่มีความต้านทานการกัดกร่อนสูงจึงไม่สามารถทำได้เสมอไป

ทางออกที่ดีที่สุดในกรณีเช่นนี้คือการทู่ - เป็นวิธีการปกป้องโลหะประเภทต่างๆ ที่มีราคาจับต้องได้และมีประสิทธิภาพ จากการคำนวณบางอย่าง อิเล็กโทรดหนึ่งตัวที่มีตัวยับยั้งที่เลือกไว้อย่างเหมาะสมสามารถป้องกันการกัดกร่อนของท่อส่งใต้ดินความยาว 8 กิโลเมตรได้ สำหรับข้อเสียนั้น โดยหลักการแล้วความซับซ้อนทางเทคนิคของการใช้วิธีการทู่ด้วยไฟฟ้าเคมีนั้นแสดงให้เห็นในความซับซ้อนทางเทคนิค