Металлы которые пассивируются концентрированными кислотами

Металлы которые пассивируются концентрированными кислотами

ОТНОШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ К КИСЛОТАМ

Чаще всего в химической практике используются такие сильные кислоты как серная H 2 SO 4 , соляная HCl и азотная HNO 3 . Далее рассмотрим отношение различных металлов к перечисленным кислотам.

Соляная кислота – это техническое название хлороводородной кислоты. Получают ее путем растворения в воде газообразного хлороводорода – HCl . Ввиду невысокой его растворимости в воде, концентрация соляной кислоты при обычных условиях не превышает 38%. Поэтому независимо от концентрации соляной кислоты процесс диссоциации ее молекул в водном растворе протекает активно:

HCl H + + Cl —

Образующиеся в этом процессе ионы водорода H + выполняют роль окислителя, окисляя металлы, расположенные в ряду активности левее водорода. Взаимодействие протекает по схеме:

Me + HCl соль + H 2

При этом соль представляет собой хлорид металла ( NiCl 2 , CaCl 2 , AlCl 3 ), в котором число хлорид-ионов соответствует степени окисления металла.

Соляная кислота является слабым окислителем, поэтому металлы с переменной валентностью окисляются ей до низших положительных степеней окисления:

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2

2│ Al 0 – 3 e — → Al 3+ — окисление

3│2 H + + 2 e — → H 2 – восстановление

Соляная кислота пассивирует свинец ( Pb ). Пассивация свинца обусловлена образованием на его поверхности трудно растворимого в воде хлорида свинца ( II ), который защищает металл от дальнейшего воздействия кислоты:

В промышленности получают серную кислоту очень высокой концентрации (до 98%). Следует учитывать различие окислительных свойств разбавленного раствора и концентрированной серной кислоты по отношению к металлам.

Разбавленная серная кислота

В разбавленном водном растворе серной кислоты большинство ее молекул диссоциируют:

H2SO4 H + + HSO4

HSO4H + + SO4 2-

Образующиеся ионы Н + выполняют функцию окислителя.

Как и соляная кислота, разбавленный раствор серной кислоты взаимодействует только с металлами активными и средней активности (расположенными в ряду активности до водорода).

Химическая реакция протекает по схеме:

1│2Al 0 – 6e — → 2Al 3+ — окисление

3│2 H + + 2 e — → H 2 – восстановление

Металлы с переменной валентностью окисляются разбавленным раствором серной кислоты до низших положительных степеней окисления:

Свинец ( Pb ) не растворяется в серной кислоте (если ее концентрация ниже 80%) , так как образующаяся соль PbSO 4 нерастворима и создает на поверхности металла защитную пленку.

Концентрированная серная кислота

В концентрированном растворе серной кислоты (выше 68%) большинство молекул находятся в недиссоциированном состоянии, поэтому функцию окислителя выполняет сера, находящаяся в высшей степени окисления ( S +6 ). Концентрированная H 2 SO 4 окисляет все металлы, стандартный электродный потенциал которых меньше потенциала окислителя – сульфат-иона SO 4 2- (0,36 В). В связи с этим, с концентрированной серной кислотой реагируют и некоторые малоактивные металлы.

Процесс взаимодействия металлов с концентрированной серной кислотой в большинстве случаев протекает по схеме:

Me + H 2 SO 4 (конц.) соль + вода + продукт восстановления H 2 SO 4

Продуктами восстановления серной кислоты могут быть следующие соединения серы:

Практика показала, что при взаимодействии металла с концентрированной серной кислотой выделяется смесь продуктов восстановления, состоящая из H 2 S , S и SO 2. Однако, один из этих продуктов образуется в преобладающем количестве. Природа основного продукта определяется активностью металла: чем выше активность, тем глубже процесс восстановления серы в серной кислоте.

Читайте также:  Каких случаях гидролиз сульфата алюминия усилится

Взаимодействие металлов различной активности с концентрированной серной кислотой можно представить схемой:

Алюминий ( Al ) и железо ( Fe ) не реагируют с холодной концентрированной H 2 SO 4 , покрываясь плотными оксидными пленками, однако при нагревании реакция протекает.

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем, поэтому при взаимодействии с ней металлов, обладающих переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления, чем в случае с разбавленным раствором кислоты:

Источник

Пассивация металла

Статья обновлена и дополнена: 11 Апреля, 2021

Пассивация – это процедура покрытия поверхности металла тонкой устойчивой к коррозии пленкой с целью защиты изделия. Такое покрытие предупреждает контакт металлической основы с кислородом и агрессивными средами. В условиях современного производства пассивирование применяется для того, чтобы придать металлу свойства, которые делают его похожим на благородный. После обработки он не поддается окислению и прочим негативно воздействующим на него факторам.

Когда пленка образуется и закрепляется на металлической основе, химическая активность изделия значительно снижается. Все, кому доводится работать с металлоконструкциями и стальными изделиями, знают о необходимости и важности защиты такого рода. Специалисты “Металл Клинер” неоднократно сталкивались с ситуациями, когда на производстве наших клиентов эксплуатировались не подвергшиеся пассивации трубопроводы, емкости и резервуары, котельное и другие оборудования. Услуги по травлению и пассивации нержавеющей стали были оперативно оказаны, и наши эксперты настойчиво призывают своевременно обращать внимание на состояние эксплуатируемых изделий.

Пассивация металла: суть процесса

Что такое пассиватор металла

Пассивация осуществляется при помощи специальных средств, которые именуются “пассиваторами”. Во время процедуры металлическое изделие обрабатывается таким средством, после чего оно становится неактивным. Непосредственно пассиватор – это своеобразное препятствие к образованию на поверхности металла коррозийного слоя.

Этапы процедуры пассивации

Если вкратце, сам процесс состоит из 5 этапов:

  1. Подготовка изделия: ошкурить со всех сторон, промыть обезжиривателем;
  2. Смешивается электролитический раствор с содержанием пассиватора металлов;
  3. Подключаются контакты от постоянного источника тока к самому изделию и резервуару (необходимо убедиться, что напряжение достаточное и не чрезмерное);
  4. Заготовка подвергается воздействию на протяжении расчетного времени;
  5. Выполняется дополнительная постобработка, которая сопровождается контролем качества и равномерности нанесенной оксидной защиты.

Механизм пассивации

Пассивация стали, железа и других металлов основана на методах, в основе которых лежит химические взаимодействие поверхностного слоя металла с разными растворами прочих металлов. В итоге на поверхности образуется пассивирующий слой, обладающий новыми химико-физическими характеристиками. Такой слой формирует надежный барьер, препятствующий окислению, за счет чего создается надежная защита от ржавчины.

Для химических реакций применяются различного рода металлы в зависимости от первичного материала детали. Чтобы придать ей новые специфические свойства, применяют следующие материалы для пассивации: хром, кобальт, никель и т. д. Исходя из их процентного содержания, готовится раствор и выбирается соответствующее оборудование.

К примеру, чтобы создать на поверхности стали надежную антикоррозийную пленку, используют оксид хрома. Осуществляется процедура хромирования, вследствие чего полностью изменяются физико-химические свойства поверхности. Если обработка была проведена правильно, то слой будет ровным и плотным.

Помимо этого для проведения процедуры используют различные кислоты для пассивации. В большинстве случаев раствор создается на базе азотной кислоты. Защитная пленка с высокими защитными свойствами на поверхности стали создается при помощи солей этого вещества.

Читайте также:  Как различить чугун от алюминия

Применение пассивации металла

С помощью технологии пассивирования можно:

  • Улучшить проводимость тока в области электрического контакта;
  • Предотвратить развитие и дальнейшее распространение ржавчины на поверхности материала;
  • Защитить сварочные швы (и другие места новообразованных соединений) от разрушения;
  • Выполнять микротравление в соответствии с подготовленными шаблонами;
  • Выполнять финишную обработку, изменять декоративные свойства изделия.

Проверка пассивации

После проведения технологического процесса проводится оценка качества нанесенного слоя. Для этого используют разные способы проверки. К примеру, химический метод: поверхность обрабатывается раствором ферроцианида калия в азотной кислоте. Процедура дает возможность выявить области некачественной обработки. В области, где полученный слой довольно тонкий или его вовсе нет, появляется синий оттенок. В основном данный метод используют в заводских лабораториях. С его помощью выборочно проверяют изделия готовой партии.

Второй способ более простой, но является достаточно длительным. Изделие помещается в обычную воду на длительное время. В конечном итоге в области некачественной обработки появится коррозия.

Виды пассивации

Химическое пассивирование

В процессе обработки применяются специальные химические реагенты. Нанесение пассивирующего слоя осуществляется методом окунания металла в наполненную раствором емкость или методом напыления. Ключевое преимущество такого способа – металл с покрытием Хим. Пас. становится более твердым.

«Металл Клинер» рекомендует к применению следующие средства для пассивации:

Электрохимическая пассивация

Металл обрабатывается кислыми растворами, солями, на него наносятся электролиты. В процессе обработки используется ток. Электролит нагревается. На поверхности детали образуются заряженные частицы, после чего они постепенно оседают. После правильного проведения процедуры на материале образуется стойкая, равномерно распределенная защитная пленка.

Преимущества пассивирования

Подвергнувшись пассивации, изделие приобретает следующие положительные свойства:

  1. Создается слой, обладающий новыми химическими характеристиками;
  2. Улучшается товарный вид, увеличиваются потребительские свойства;
  3. Появляется блеск, внешний вид становится более эстетичным;
  4. Снижается антикоррозийная активность;
  5. Улучшаются физические характеристики поверхности материала;
  6. Повышается механическая прочность.

Пассивация различных видов металлов

Пассивация нержавеющей стали

Такой вид обработки активно используется в области производства. Применение подхода такого рода обуславливается необходимостью тщательного обезжиривания поверхности изделия. При помощи этой технологии можно значительно увеличить защиту материала от внешних агрессивных факторов и длительность его эксплуатации.

Пассивация сварных швов нержавеющей стали

Проиллюстрированный (фото, видео) кейс нашей компании на производстве ОКБ «Гамма» можно увидеть в статье
«Как мы ускорили обработку сварных швов в 3 раза»
.

Нержавеющая сталь любого качества, даже самая высококачественная, может подвергнуться коррозии после сварки. Чаще всего коррозионные процессы на нержавеющей стали развиваются в районе сварных швов. Обработка сварных соединений, вследствие этого, становится одной из наиважнейших задач при работе с нержавейкой.

Пассивацию сварных швов нержавеющей стали наша компания рекомендует производить с использованием аппаратов для очистки сварных швов Steelguard. Электрохимические установки легки в использовании и качественно обрабатывают шов, придавая ему «зеркальность». Последнее стало возможным благодаря тому, что в аппаратах предусмотрена возможность электрохимической полировки.

Пассивация меди

В процессе обработки используются специальные растворы хрома. На медном основании достаточно сложно создать плотную защитную пленку и именно за счет таких растворов это становится возможным. Образуется плотный защитный слой, который в дальнейшем не стирается.

Пассивация алюминия

На алюминиевом материале в естественных условиях под действием кислорода создается прочная оксидная пленка. Большинство вспомнят опыт школьных годов на уроке химии: алюминиевая проволока опускается в ртуть, после чего с нее счищается небольшой слой при помощи надфиля. Далее обработанный конец вынимается из емкости с ртутью, и он на воздухе моментально покрывался так называемой “шубой”. Однако при атмосферном воздействии оксид алюминия не может образоваться так быстро, при этом пленка прозрачная, а ее толщина не превышает нескольких миллимикрон (ммк). Главный минус природной пленки заключается в том, что она неустойчива к длительному воздействию активных кислот и резкому повышению температуры.

Читайте также:  К42 у каких сталей

Чтобы обеспечить стойкую защиту на изделии из алюминия, необходимо пройти процедуру анодирования, вследствие которой получаются защитные пленки (пассивный слой) толщиной 5-20 ммк. Некоторые режимы позволяют создать сверхпрочную пленку, которая способна выдерживать нагрузки в пределах 1500 кг на мм.

Пассивация серебра

Для защиты верхнего слоя серебра применяется обработка материала в хромпике, он же двухромовокислый калий. Для этого 60 г вещества разводится с 1 л кипяченой воды. Температура полученного раствора должна быть в пределах 25-40 градусов.

В процессе обработки серебряное изделие погружается в емкость с раствором на 30 минут. Раствор необходимо время от времени перемешивать. Если разведенного объема хромпика недостаточно для полного покрытия изделия (объемный серебряный канделябр и т. д.), то не следует практиковать попеременное обрабатывание его поверхности. Лучше всего развести реактив в необходимом для подходящего объема количестве воды.

Пассивация латуни

Пассивация латуни применяется для изделий, используемых при производстве оружия, в авиации, медицине. Хорошая устойчивость к коррозии и долговечность использования привлекает ювелиров и художников, а также светотехников.

Популярностью пользуется пассивирование латуни с приданием деталям золотистого цвета. Такой метод взяли на вооружение рыбаки, которые таким образом пассивируют блесны из латуни. Образующаяся на рыболовной снасти пленка устойчива и не пропускает влагу.

Пассивация хрома

В большинстве случаев используется для обработки оцинкованных деталей. Металлические изделия проходят обработку такого типа только в условиях специализированного производства, которое имеет системы водоотвода и очистки.

Пассивация трубопроводов

Подробнее о химической очистке трубопроводов и её этапах (обезжиривании, травлении и пассивации) читайте в статье «Очистка трубопроводов» в разделе «Услуги».

Во избежание разрушения нержавеющей стали, необходимо обязательно пассивировать следующие конструкции:

  • Трубные (зачастую обрабатываются с помощью сварки);
  • Контактирующие с соленой водой (такие больше всего подвержены риску разрушения);
  • С присутствием крепежей (здесь детали проходят механическую обработку).

Составы для пассивации

Каждый раствор – это добавки в сочетании с основным реагентом. Ключевую роль играют хроматы – это ангидрид, калий и натрий. Для создания подходящей среды необходимо смешать кислоты и соли – вместе они ускоряют течение реакции и способствуют равномерному осаждению полезных частиц.

Для обработки цветных металлов используются пассивирующие составы на основе натрия и калия. Чтобы создать кислую среду, к электролитам добавляют соли и кислоты, ускоряющие формирование защитной пленки и способствуют ее равномерному распределению по материалу.

Для пассивирования стали зачастую используются соль и азотная кислота. Медь обрабатывается серной кислотой, алюминий – фосфорной кислотой, а при пассивации цинка применяют добавки серной и азотной кислоты.

Заключение

При анализе основных причины образования коррозии на нержавеющей стали выясняется, что причиной этому является уничтожение на поверхности стали оксидной пленки естественного происхождения. Дополнительная защита материала – это его обработка такими кислотами, как: азотная, соляная, серная. После образования защитного слоя на металле, необходимо произвести нейтрализацию стали. Нейтрализатор смывается водой, а изделие вытирается насухо.

После обработки только грубейшее механическое повреждение полученного пассивирующего слоя спровоцирует запуск механизма коррозии.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл и камни