Ưu điểm và nguyên tắc thụ động anốt và hóa học của kim loại
Bước quy trình thứ hai trong làm sạch hóa học là một bước quan trọng và mục đích của nó là ngăn chặn sự ăn mòn của vật liệu. Ví dụ, sau khi nồi hơi được rửa bằng axit, rửa bằng nước và rửa sạch, bề mặt kim loại rất sạch sẽ, rất dễ kích hoạt và dễ bị ăn mòn. Vì vậy, bạn phải ngay lập tức passivate bề mặt để tạo thành một màng bảo vệ trên bề mặt kim loại làm sạch để giảm ăn mòn.
Hiện tượng thụ động kim loại gây ra bởi một số tác nhân thụ động được gọi là thụ động hóa học. Hiện tượng kim loại thụ động gây ra bởi sự phân cực anốt được gọi là thụ động hóa anốt hoặc thụ động hóa điện hóa. Sự thụ động là một phương tiện hiệu quả để ngăn chặn kim loại ăn mòn và bảo vệ kim loại. Trong quá trình ăn mòn hóa học, nồng độ chất oxy hóa không được nhỏ hơn một giá trị tới hạn nhất định. Cấu trúc của màng thụ động trên bề mặt kim loại là gì? Hiện nay, có hai lý thuyết chính.
Ưu điểm của thụ động
1) So với phương pháp niêm phong vật lý truyền thống, xử lý thụ động có đặc điểm là không làm tăng độ dày của phôi và thay đổi màu sắc, cải thiện độ chính xác và giá trị gia tăng của sản phẩm và giúp thao tác thuận tiện hơn;
2) Do quá trình thụ động được thực hiện ở trạng thái không phản ứng, nên tác nhân thụ động có thể được thêm và sử dụng nhiều lần, do đó tuổi thọ dài hơn và chi phí tiết kiệm hơn.
3) Sự thụ động thúc đẩy sự hình thành màng thụ động cấu trúc phân tử oxy trên bề mặt kim loại. Bộ phim dày đặc và ổn định, và có khả năng tự phục hồi trong không khí. Do đó, so với phương pháp truyền thống sử dụng dầu chống gỉ, màng thụ động ổn định hơn và có khả năng chống ăn mòn cao hơn.
Hầu hết các hiệu ứng điện tích trong lớp oxit đều liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp đến quá trình oxy hóa nhiệt. Trong phạm vi nhiệt độ 800-1250-C, quá trình oxy hóa nhiệt sử dụng oxy khô, oxy ướt hoặc hơi nước có ba giai đoạn liên tục. Đầu tiên, oxy trong môi trường xung quanh đi vào lớp oxit được hình thành, và sau đó oxy đi qua Silicon dioxide khuếch tán vào bên trong, và khi đến giao diện Si02-Si, nó sẽ phản ứng với silicon để tạo thành silicon dioxide mới. Theo cách này, quá trình phản ứng khuếch tán oxy tiếp tục xảy ra, do đó silicon ở gần giao diện được chuyển đổi liên tục thành silicon dioxide, và lớp oxit phát triển thành wafer silicon ở một tốc độ nhất định.
Qua nghiên cứu hóa học ở trường trung học, chúng ta đều biết rằng sắt và nhôm có thể hòa tan nhanh chóng trong HNO3 loãng hoặc H2SO4 loãng ở nhiệt độ phòng, nhưng không tan trong HNO3 đậm đặc hoặc H2SO4 đậm đặc. Thép carbon thông thường thường dễ rỉ sét. Nếu bạn thêm lượng Ni và Cr thích hợp vào thép, nó sẽ trở thành thép không gỉ. Kim loại hoặc hợp kim bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố và hiện tượng ổn định hóa học được tăng cường đáng kể được gọi là thụ động hóa, và một số người gọi nó là “màu xanh” trong ngành công nghiệp. Hiện tượng thụ động kim loại gây ra bởi một số tác nhân thụ động (hóa chất) được gọi là thụ động hóa học. Chẳng hạn như HNO3 đậm đặc, H2SO4 đậm đặc, HClO3, K2Cr2O7, KMnO4 và các chất oxy hóa khác có thể làm thụ động kim loại. Sau khi kim loại bị thụ động, thế điện cực của nó di chuyển theo hướng tích cực, khiến nó mất đi các đặc tính ban đầu. Ví dụ, sắt thụ động không thể thay thế đồng trong muối đồng. Ngoài ra, phương pháp điện hóa cũng có thể được sử dụng để làm thụ động kim loại. Ví dụ, Fe được đặt trong dung dịch H2SO4 làm cực dương và cực dương được phân cực với dòng điện áp dụng. Tiềm năng sắt được tăng lên ở một mức độ nhất định bằng cách sử dụng một công cụ nhất định và Fe bị thụ động. Hiện tượng kim loại thụ động gây ra bởi sự phân cực anốt được gọi là thụ động hóa anốt hoặc thụ động hóa điện hóa.
Các kim loại như hợp kim nhôm ở trạng thái thụ động để bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn, nhưng để đảm bảo kim loại thường có thể tham gia phản ứng và hòa tan, nó cũng phải ngăn chặn sự thụ động, như mạ điện và năng lượng hóa học.
Làm thế nào là kim loại như hợp kim nhôm bị động? Cơ chế thụ động là gì? Trước hết, cần phải rõ liệu hiện tượng thụ động được gây ra bởi pha kim loại và pha dung dịch hay hiện tượng giao diện. Tác dụng của cạo cơ học trên kim loại ở trạng thái bị động đã được nghiên cứu. Các thí nghiệm cho thấy rằng khi bề mặt kim loại liên tục bị cạo trong quá trình đo, tiềm năng của kim loại sẽ chuyển động mạnh theo hướng tiêu cực, nghĩa là, việc cắt bề mặt kim loại có thể gây ra sự kích hoạt của kim loại thụ động. Điều đó chứng tỏ rằng hiện tượng thụ động là một hiện tượng giao diện. Nó thay đổi tại giao diện nơi kim loại và môi trường tiếp xúc với nhau trong những điều kiện nhất định. Sự thụ động điện hóa là trong quá trình phân cực anốt, tiềm năng của kim loại thay đổi để tạo thành các oxit hoặc muối kim loại trên bề mặt điện cực. Các chất này bao phủ chặt chẽ bề mặt kim loại để trở thành màng thụ động và gây thụ động kim loại. Sự thụ động hóa học là tác động trực tiếp của các chất oxy hóa như HNO3 đậm đặc lên kim loại để tạo thành màng oxit trên bề mặt, hoặc thêm các kim loại dễ bị thụ động như Cr, Ni, v.v. Trong quá trình thụ động hóa học, không nên tập trung chất oxy hóa ít hơn một giá trị quan trọng nhất định, nếu không nó sẽ không gây ra tình trạng thụ động, nhưng sẽ làm cho kim loại để hòa tan nhanh hơn.
cấu trúc của bộ phim thụ động trên bề mặt kim loại là gì, nó là một bộ phim giai đoạn riêng biệt hoặc một bộ phim hấp phụ? Hiện nay, có hai lý thuyết chính là lý thuyết tạo màng và lý thuyết hấp phụ. Lý thuyết về màng tạo pha tin rằng khi các kim loại như hợp kim nhôm bị hòa tan, chúng ở trong điều kiện thụ động, và một chất rắn, rắn, đặc được hình thành trên bề mặt. Chất này tạo thành một pha độc lập, được gọi là màng thụ động hoặc Tạo thành màng pha. Bộ phim này cách ly một cách cơ học bề mặt kim loại khỏi dung dịch, giúp giảm đáng kể tốc độ hòa tan của kim loại và trở nên thụ động. Bằng chứng thực nghiệm là trên một số bề mặt kim loại thụ động, có thể thấy sự hiện diện của màng tạo pha, và độ dày và thành phần của chúng có thể được đo. Nếu bạn sử dụng một loại thuốc thử có thể hòa tan kim loại và không hoạt động với màng oxit, và cẩn thận hòa tan và loại bỏ kim loại dưới màng, bạn có thể tách màng thụ động có thể nhìn thấy. Bộ phim thụ động được hình thành như thế nào? Khi anode kim loại bị giải thể, các thành phần của lớp dung dịch trong vùng lân cận của những thay đổi kim loại anode. Một mặt, các ion kim loại hòa tan tích tụ vì tốc độ khuếch tán không đủ nhanh (tốc độ hòa tan nhanh). Mặt khác, các ion hydro trong lớp giao diện cũng cần di chuyển đến cực âm và các ion âm (bao gồm OH-) trong dung dịch di chuyển đến cực dương.
Do đó, các ion OH- và các ion âm khác được làm giàu gần cực dương. Với sự tiếp tục của phản ứng điện phân, nồng độ chất điện phân có thể phát triển đến trạng thái bão hòa hoặc siêu bão hòa trong lớp dung dịch bên cạnh giao diện cực dương. Do đó, một hydroxit kim loại hoặc muối có sản phẩm hòa tan tương đối thấp được lắng đọng trên bề mặt kim loại như hợp kim nhôm và tạo thành một màng không hòa tan. Bộ phim này thường lỏng lẻo, và nó không đủ để trực tiếp gây ra sự thụ động của kim loại. Nó chỉ có thể cản trở sự hòa tan của kim loại, nhưng bề mặt điện cực được bao phủ bởi nó, và diện tích tiếp xúc giữa dung dịch và kim loại bị giảm đi rất nhiều. Vì vậy, nó là cần thiết để tăng mật độ hiện tại của điện cực, và tiềm năng của các điện cực sẽ được sửa chữa. Điều này có thể khiến các ion OH phóng điện cực lên các điện cực và các sản phẩm của nó (như OH) phản ứng với các nguyên tử kim loại trên bề mặt điện cực để tạo thành một màng thụ động. Phân tích cho thấy hầu hết các màng thụ động bao gồm các oxit kim loại (như oxit sắt Fe2O3), nhưng một số ít cũng bao gồm hydroxit, cromat, phốt phát, silicat và sunfua và clorua hòa tan kém. .
Lý thuyết hấp phụ tin rằng bề mặt kim loại không cần tạo thành màng sản phẩm rắn bị thụ động, và miễn là bề mặt hoặc một phần bề mặt tạo thành lớp hấp phụ của các hạt chứa oxy hoặc oxy (như O2- hoặc OH- ) là đủ để gây ra sự thụ động. Mặc dù lớp hấp phụ chỉ là một lớp phân tử duy nhất, sự hấp phụ oxy trên bề mặt kim loại làm thay đổi cấu trúc giao diện giữa kim loại và dung dịch, làm tăng năng lượng hoạt hóa của phản ứng điện cực, làm giảm khả năng phản ứng của bề mặt kim loại và bị động Cơ sở thí nghiệm chính của lý thuyết này là đo điện dung giao diện và lượng điện cần thiết để thụ động một số kim loại. Kết quả thí nghiệm cho thấy một số kim loại có thể bị thụ động mà không tạo thành màng pha.
Cả hai lý thuyết thụ động có thể giải thích tốt một số sự kiện thực nghiệm, nhưng cả hai đều có những thành công và thiếu sót. Bộ phim kim loại thụ động không có một cấu trúc phim giai đoạn hình thành, nhưng đó cũng là một bộ phim đơn lớp hấp phụ. Không rõ ràng trong những điều kiện nào một màng pha được hình thành và trong những điều kiện nào một màng hấp phụ được hình thành. Sự kết hợp của hai lý thuyết thiếu bằng chứng thực nghiệm trực tiếp, vì vậy lý thuyết thụ động cần được nghiên cứu thêm.
