Die Passivierung oder Passivität zeigt einen Zustand , der Metalle oder Legierungen , in denen ihre Geschwindigkeits Korrosion signifikant durch die Anwesenheit von einem natürlichen oder künstlichen passiven Film verlangsamt wird, im Vergleich zu dem, was sie in der Abwesenheit des Films wäre.
In den meisten Fällen ( Aluminium , Stahl , Edelstahl , Titan usw.) tritt dieser passive Film spontan durch Oxidation auf, da das auf der Oberfläche gebildete Oxid unlöslich ist und ein Hindernis darstellt, das nachfolgende Prozesse verlangsamt. In einem wässrigen Medium ist die Bildung dieses Films an einen elektrochemischen Potentialbereich sowie an einen pH-Bereich gebunden, in dem das Oxid stabil ist. Dadurch stellen wir sicher, dass der passive Film in Luft geformt wird, bevor das Teil in Betrieb genommen wird:
Immunität: Wir sprechen von Immunität, wenn das Metall in Gegenwart des korrodierenden Mediums stabil ist.
Ein Bruch der passiven Schicht kann auftreten: Kratzer, Ausdehnung der Oberfläche (die Oxidschicht ist nicht duktil ), Abrieb ... manchmal wird gesagt, dass die Oberfläche aktiv wird. Die Reaktion mit dem Sauerstoff des Mediums kann die Reformation eines passiven Films ermöglichen.
In dem Fall, in dem sich das Passivierungselement in der Legierung in fester Lösung befindet - beispielsweise in Chrom in rostfreien Stählen -, kommt es zu einer lokalen Erschöpfung des Passivierungselements. Wenn sich die Situation wiederholt, ist das Metall nicht mehr geschützt und korrodiert an der Oberfläche.
Die Abfolge von Depassivierung und Repassivierung ist einer der Mechanismen der Spannungskorrosion und der Ermüdungskorrosion .
Die nebenstehende Abbildung zeigt den Auflösungsstrom des passivierbaren Metalls oder der Legierung als Funktion des elektrochemischen Potentials. In der aktiven Domäne des metallischen Materials nimmt sie zu, wenn das Potential ansteigt, und ab einem sogenannten kritischen Potential (angegebenes E- Kriterium und genanntes Flockenpotential ) wird ein drastischer Abfall des Auflösungsstroms beobachtet, der im Allgemeinen mehrere Größenordnungen beträgt . Dieses Phänomen manifestiert das Auftreten des passiven Films, der im Allgemeinen durch die Bildung eines nicht porösen Schutzoxids verursacht wird. Dieser Film verlangsamt einen der Schlüssel zum Korrosionsprozess, entweder den Materialtransport zur metallischen Grenzfläche oder den Transport von Elektronen, die für die Oxidation erforderlich sind, da der Film nicht sehr leitfähig ist. Vom Passivitätspotential (E p ) aus beobachten wir die „Passivitätsdomäne“, eine Zone, in der der Strom mit dem Potential wenig variiert. Ab einem bestimmten Wert, der als "Transpassivitätspotential" (E tp ) bezeichnet wird, steigt der Strom dann wieder schnell an. Der bei diesem Potential instabil gewordene passive Film löst sich auf und sein Schutz verschwindet. Wir haben die "transpassive" Domäne erreicht.
Das Vorhandensein des passiven Films ist auch mit einem Bereich der pH-Stabilität verbunden. Im Allgemeinen wird der Film gegenüber sauren Medien unterhalb eines vom Material abhängigen pH-Werts sowie gegenüber sehr basischen Medien instabil. Die thermodynamischen Diagramme des Metalls mit potentiellem pH-Wert ermöglichen es, diese Stabilitätsbereiche mit ausreichender Näherung vorherzusagen.
Die Passivierung kann auch künstlich durch Behandlung mit einem geeigneten Produkt erhalten werden, das eine Barriereschicht (üblicherweise ein Alkaliprodukt) eines Metalls bereitstellt, das zuvor mit einer Säure desoxidiert wurde, um zu verhindern, dass es schnell reoxidiert .
Um ein Stück Metall desoxidieren, die ist Oxid aufgelöst einen Angriff mit einer unter Verwendung von geeigneten Säuren . Dies führt zu einer H + -Ionisierung der Oberfläche dieses Teils ( pH <7: Säure).
In Kontakt mit Luft verbinden sich die H + -Ionen mit den OH- -Ionen und fördern daher die Reoxidation des Teils.
Eine Behandlung wird daher beispielsweise mit einem alkalischen Produkt (OH-) durchgeführt, um diese Ionisation zu beseitigen und damit diese Rekombination zu verhindern. Diese Behandlung nennt man Passivierung.
Zink ist zu empfindlich gegen atmosphärische Korrosion, um lange ohne Verschlechterung im Freien bleiben zu können. Es ist üblich, Zink durch chemische Umwandlung in Chrom zu schützen. Durch chemische Umwandlung wird ein dünner Oberflächenfilm von 1 bis 2 um Zink in einem oxidierenden sauren Medium gelöst und bildet ein schützendes Zinksalz. Chrom ist das effektivste Element und bildet den Satz von Chrompassivierungen in verschiedenen Farben: klar schillernd, blau, schillerndes Gelb, grün oder schwarz. Das sechswertige Chrom (erzeugt Chromierungen auf Zink), das jetzt für die Automobilindustrie und alle Dokumente mit einem elektrischen oder elektronischen System verboten ist, wird hauptsächlich durch das dreiwertige Chrom (erzeugt Passivierung von Zink) ersetzt.
GeschichteDas Chrom ist in seiner oxidierten Form bis zu Grad 6 sehr gefährlich: Cr VI oder Cr 6 , eine dreiwertige Variante jedoch nicht mehr. Der Schutz der Arbeitnehmer bei der Arbeit erforderte, dass der Gesetzgeber toxikologische Risiken beim Umgang mit Teilen sowohl während der Herstellung als auch im täglichen Gebrauch verhindert. Die europäischen Richtlinien über Altfahrzeuge (ELV oder Richtlinie 2000/53) und über die Verwendung gefährlicher Stoffe (RoHS oder Richtlinie 2002/95) haben die Verwendung von sechswertigem Chrom in Passivierungen zur Chromumwandlung verboten. Durch die Ausrichtung auf elektrische oder elektronische Teile hat die Richtlinie 2002/95 tatsächlich viele Branchen betroffen, und selten sind Chromatierungsanwendungen, bei denen Cr VI noch zulässig ist.
Passivierungen haben keine guten Reibungseigenschaften und werden sehr häufig mit organomineralischen oder verstärkten Oberflächen verwendet. Die ersten verstärkten Oberflächen erschienen in den 90er Jahren in den Normen von PSA (B154100 und folgende) und von Renault (Serie 01-71-002). Sie betrafen insbesondere Schrauben und Bolzen, für die diese Schmiereigenschaften zur Kontrolle der Reibung besonders gefragt sind Koeffizient. Die Entwicklung der Automobilstandards fällt mit der Suche nach Qualität zusammen. Insbesondere haben sich die Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit hinsichtlich der Beständigkeit gegen Salznebel NF A05 109 von 200 Stunden vor Rotrost im Jahr 1985 auf 400 Stunden im Jahr 1992 und dann 600 Stunden im Jahr 2000 auf 720 Stunden im Jahr 2002 erhöht. Diese Entwicklung ist vergleichbar mit alles, was in Westeuropa im gleichen Zeitraum geschah, als praktisch alle Automobilhersteller dieselbe Politik der Qualitätsforschung gewählt haben.
Prozesse Chromatisierung mit Cr VIDie Zinkchromatisierung war sehr weit verbreitet und konnte nach elektrolytischem Zink leicht aufgebracht werden, indem eine komplexe Schicht mit einer Dicke von bis zu 4 um für die schwarzen Schichten auf Zink-Eisen gebildet wurde. In die säurechromatisierende Lösung eingetauchtes Zink wird an der Oberfläche bis zu 2 um gelöst und in Form eines komplexen unlöslichen Salzes gemäß den folgenden Reaktionen wieder abgeschieden:
3 Zn + 2 CrO 4 2 - + 10 H +⇌ 3 ZnO + 2 Cr 3+ + 5 H 2 O.
Cr 2 O 7 2 - + 8 H + + 6 e -⇌ Cr 2 O 3 + 4 H 2 O.
NB: Diese Reduzierung ist niemals vollständig und erklärt die Aufgabe von Cr VI
Die Chromatisierung bildet eine wasserreiche und ziemlich weiche Schicht. Es ist ein Gel, das Temperaturanstiegen nicht standhält und seine Schutzkapazität über 120 ° C verliert. Die Lösung besteht in der Abscheidung von Schichten aus organomineralischen Oberflächen, deren Kieselsäure die Aufrechterhaltung der Hydratation und damit der Korrosionsschutzeigenschaften garantiert .
Passivierung mit Cr IIIDie Zinkoxidation findet in einer sauren Umgebung im Allgemeinen in Gegenwart oxidierender Nitrate statt :
2 Zn + 2 HNO 3 + 4 H +⇌ 2 Zn 2+ + 2 NO 2 + H 2 + 2 H 2 O.
Überwachung der Bildung von Chromsalzen:
Zn 2+ + x Cr III + y H 2 O ⇌ZnCr x O y + 2y H +
Die aus Hydroxiden bestehende Passivierung entwässert beim Trocknen leicht und wird sehr hart. Seine Dicke erreicht 200 nm oder 400 nm für mit Siliciumdioxid verstärkte Passivierungen. Die Farben dieser Passivierungsschichten, die feiner als die Chromierungen sind, sind heller und variieren von klar schillernd bis hellgelb. Die schwarze Farbe wird durch die Anwesenheit von Oxiden von Eisen, Nickel oder Kobalt erhalten. Seine Farbe wird durch ein organomineralisches Finish verstärkt, das für diese Art von Ablagerung unerlässlich ist, da die Schwarzpassivierung allein keine gute Korrosionsbeständigkeit garantiert. Die organisch-mineralische Oberfläche durch einen zusätzlichen rein mineralischen Abgang ersetzt wird basierend auf Chromphosphat
AnwendungenDas Aufbringen des Chromatierens oder Passivierens erfolgt im Allgemeinen durch Eintauchen, das in eine Verzinkungslinie integriert ist . Wenn die Teile eingeweicht sind, werden sie nass behandelt:
Im Falle von Aluminium erscheint der passive Film spontan durch Oxidation. Das auf der Oberfläche gebildete Oxid (Al 2 O 3 ) ist unlöslich und stellt ein Hindernis dar, das den Korrosionsprozess verlangsamt. Wenn dieses Oxid durch Bildung eines Amalgams (Quecksilberlegierung) mit dem Quecksilber Hg entfernt wird, ist das Metall nicht mehr geschützt und es wird selbst in kaltem Wasser schnell oxidiert.
Stahlbeton ist alkalisch mit einem pH-Wert nahe 12. Der Zement sorgt für eine natürliche Passivierung der Bewehrungen des Stahlbetons . Die Abnahme des pH-Werts von Beton durch Karbonatisierung führt allmählich zur Korrosion der Eisen, wodurch Sauerstoff durchgelassen wird. Die Karbonatisierungstiefe beträgt nach 2 Jahren etwa 4 mm, nach 8 Jahren 10 mm, nach 25 Jahren 20 mm für Beton mit einer Dosierung von 350 kg / m 3 .