金属钝化：防止铁和钢变得活跃

保护金属免受腐蚀的化学层

接触空气和水时，许多金属容易受到腐蚀。腐蚀会导致金属压力和部分失效，因此冶金学家寻求击败它的方法。一种这样的方法是金属钝化，这是一种鲜为人知的耐腐蚀的方法，它使用薄化学层作为密封件。钝化可以自然发生，也可以通过制造过程鼓励。

什么是腐蚀？

当活性金属合金的分子在其环境中反应变得更稳定时，就会发生金属腐蚀。氧化物，氢氧化物和硫化物是腐蚀的主要化合物。简单的暴露会导致反应，例如在水和空气中生锈的铁生锈。电化学过程也可能引起反应，例如电腐蚀在电池中的镍和镉之间。

有抗腐蚀的金属。在许多情况下，金，银和铂等高贵金属在化学上是稳定的。高贵的金属并不是腐蚀不渗透的，但是该过程发生缓慢或分子较少。例如，银的厚黑色粉状通常是由硫化氢而不是氧气和水引起的。冶金学家使用电量表或阳极指数检查金属的主动潜力。顶部附近的人本质上不太容易发生腐蚀。

“活跃”的金属或接近尺度底部的金属在化学上稳定不足，因此更容易与环境中的其他元素反应。为了防止这种情况，使用主动或被动过程来减少腐蚀。这些过程通常是通过用顶层“密封”金属的，防止空气和水到达下面的金属。该层可以是人造的：油漆，粉末涂料和油都是常见的密封剂。但是，如果它们被刮擦，腐蚀就会偷偷摸摸。

用于密封金属的另一种选择是化学物质，其中使用化学反应代替制造材料。一种化学过程是钝化。

什么是钝化？

钝化通常与不锈钢有关，是一种治疗方法，可保护金属免于腐蚀 - 将材料“被动”倒入周围环境。钝化，也许是违反直觉的，鼓励在表面上发生腐蚀，从而形成了一种新的无反应化学化学物质的薄层。该顶层保持与金属的紧密结合，形成了一个天然密封，可阻止元素从后续金属层中腐蚀。当每个表面覆盖着紧密结合的腐蚀层时，金属会被钝化。随着时间的流逝，该层可能自然地（被动地）建立，但是制造商也可以主动诱导它。

钝化的历史

进行电化学实验的科学家发现了钝化，但他们没有立即认识到该过程的一般用途。1790年，化学家詹姆斯·基尔（James Keir）观察到强硝酸浴没有腐蚀铁。他指出，当将相同的溶液稀释时，铁立即腐蚀，形成了暗棕色水的起泡溶液。到1836年，瑞士化学家克里斯蒂安·弗里德里希·舒恩贝因（ChristianFriedrichSchönbein）进一步指定了该实验。正如Keir所指出的那样，他证明了一块浸入弱硝酸中的铁溶解并产生氢。然而，如果铁首先浸入浓酸中，则可以承受稀酸。至少有一段时间，水的腐蚀性元素似乎是在海湾中保存的。

英国电化学家迈克尔·法拉迪（Michael Faraday），是第一个描述原因的人。他假设Schönbein认为由强酸产生的氧化物皮肤可能导致被动条件。当化学家和冶金学家探索了化学“皮肤”的想法时，他们寻求制造或增强钝化的技术，以及可以有机地产生被动密封的合金。

被动氧化物层

由于金属暴露在周围环境中，如果被油漆或粉末涂料释放，它们会自然腐蚀，形成皮肤或密封层。大多数被动膜由氧化物，金属和氧气组合制成，因此称为被动氧化物层。

被动氧化物层的最大好处之一是，当它们自然出现时，如果金属的表面被划伤或以其他方式损坏，它们也会自然地“治愈”，因为下一层分子将与环境元素结合。

被动氧化物层的有效性取决于所涉及的元素类型。并非所有氧化物层都具有保护性：如果氧化物足够多孔以使氧气通过，则不会形成密封，并且下面的金属将继续腐蚀。例如，氧化镁形成具有高表面孔隙率的层，不会停止腐蚀。氧分子仍然流过并与下面的镁反应。

同样，周围环境中的元素也很重要。例如，不锈钢可能会受到盐或铁沉积物的挑战。如果表面的整体化学不再自然地钝化，Rust将会放置。

强迫钝化

对于某些合金，自然钝化可能需要很长时间。对于其他人来说，它可能会出现不均匀的形式，在金属的颗粒上或表面沉积物存在变化。冶金学家创建了主动钝化方法，以加快和标准化该过程，以立即创建可用的产品。亚博账号审核不过

枪支“蓝色”是通过化学制造手段强迫钝化的早期例子。铁的一种是磁铁矿，黑色氧化物（Fe3O4），而该氧化物不会像生锈的方式那样剥落。几种化学过程可用于使用热和苛性溶液来创建这些黑色氧化物。但是，尽管蓝调确实可以防止腐蚀，但在正常情况下，受损层不会“治愈”。因此，Bluing是需要维护和护理的制造密封剂。

如今，常见的主动钝化治疗已有多个步骤：

• 清洁物品以去除表面油和杂质。外部涂层不应从酸性浴中密封的区域。
• 在硝酸或柠檬酸的浴中钝化，或使用电化学过程。对于不锈钢，此步骤清除了任何自由的铁矿床，这些铁将抑制不锈钢形成实心无源膜。在微观水平上，自由铁的沉积物会防止被动氧化铬层形成连续密封。硝酸浴后的钝化层由CR2O3制成。
• 冲洗酸溶液的所有痕迹的项目，并用它剩余的任何游离铁。
• 该项目置于促进氧化的条件下。条件包括升高温度和湿度的结合，以及使用施加泡沫的药物，例如盐喷雾剂，硫酸铜或铁氰化钾。

不锈钢和其他自助合金

不锈钢是一种坚韧的金属，通过自然钝化具有耐腐蚀性。自1913年发明以来，许多行业已经依靠金属。但是，不能保证没有生锈。

像其他钢一样，不锈钢主要由铁和碳制成。合金的革命性添加是铬。暴露在空气中的铬迅速形成一个被动氧化物层，该氧化层密封铁并保护它。各种不锈钢等级含有不同的支撑金属：钼，硅和其他成分均对不同应用的被动支持。有些等级在管理热量方面优越，而另一些等级则因盐而抵抗腐蚀：合金的化学混合物会改变其在不同条件下的行为。铁沉积，热量，与其他金属，盐和酸接触都可以挑战氧化物层。

铝是另一种自然钝化的金属。大多数（尽管并非全部）铝合金在暴露于空气时形成氧化铝，从而使表面自我保护。氧化铝可能会受到盐，电化学应力或被困水分的挑战。使用不锈钢和铝，制造工艺可用于帮助建立比自然可能发生的更大厚度或均匀性的被动层。

不锈钢和铝的钝化标准

不锈钢和铝都是自pas养的材料，但它们并非腐蚀。通过制造或热处理产生的谷物不规则性会造成弱点。油或其他化学物质的表面沉积物也可能中断被动膜。为了确保不锈钢和铝等级的质量，现在有标准的钝化过程和测试。

ASTM规格A380和A967设置标准标准和使用硝酸，柠檬酸或通过电气手段的不锈钢钝化的质量测试程序。

铬有时被用来钝化其他材料，但通常是通过应用而不是内置的合金。一种称为铬转化的过程用于铝和其他金属，例如锌和镍。在此技术中，将铬凝胶涂在金属表面上。该化学物质与金属表面结合，形成一个被动层，表现出高腐蚀性。对铬转化钝化的划痕将经历自我修复过程。刮擦周围的铬移入结合并重新创建钝化层。但是，划痕的尺寸必须足够小，以至于周围铬可以实现。

腌制与不锈钢的钝化

钢的钝化是一个使用酸性浴留下氧化物层的过程。腌制是另一种酸浴处理，但它具有相反的目标：腌制使用酸从金属表面清洁氧化物。

当氧化物覆盖金属的表面时，该物品在机器上变得更具挑战性。氧化物对工具钻头造成更大的压力，并可以击败用油漆或粉末涂料密封表面的尝试。泡菜可以去除所有氧化物，包括任何作为被动层起作用的氧化物。钢和铁通常被腌制。

在金属零件的生产中，该零件可能会被腌制，加工，然后被钝化。

电抛光不锈钢和其他金属

电抛光是一个金属饰面步骤，可刷新和光滑，留下闪闪发光的清洁表面。它可以用于许多金属，包括不鼓励铜的金属，例如铜。在钝化金属上，光滑的表面会产生不间断的弹性无源层。

要进行电力的物体给予正电荷，并浸入电解质浴中。周围的阴极从物体中拉出表面分子，剃光其顶层。锯齿状的突起是第一个被拉开的。在宏观和微观水平上，电抛光金属的不规则或缝隙几乎没有。

当电抛光不锈钢时，优先清除铁，在表面留下更多的铬。没有铁的光滑，不间断的表面自然会鼓励不锈钢上的固体钝化层。

当钝化失败时

钝化并不总是理想的解决方案；潜在问题涵盖了广泛的变量。某些类型的金属无法钝化，因为金属片状腐蚀。如果金属在结构上能够钝化，则在酸性浴过程中仍然会出错。另一方面，即使是完全钝化的金属也可能在某些行业中不可用 - 化学可能会导致电化学应用中的问题。

为什么有一些金属薄片会腐蚀？

金属氧化物的晶体结构比其组成的金属分子更大。例如，与产生其产生的元素铁相比，氧化铁（III），红色腐蚀副产物的结构更大，因此具有更大的结构，因此具有更大的表面积。这个较大的表面积迫使氧化物从下面的金属表面提起，导致起泡和剥落。氧化物与金属的分离将下一层暴露于空气和水分，并且循环继续吞噬表面。

在氧化物，氢氧化物或硫化物的表面积比其产生的金属更大的情况下，没有钝化层。

钝化闪光攻击

有时，制造商会发现，在一批钝化物品中，一个或多个变黑，即使在强硝酸浴中也开始蚀刻。这个活跃状态被称为“闪存攻击。”这可能会令人困惑，因为有时会攻击某些物品，但仅将其他物品留在同一垃圾桶中。

闪存攻击的原因与制作被动膜所涉及的化学物质的一致性有关。如果硝酸浴已经使用了很长时间，则可能积聚了盐或水。零件本身通常是一个问题：机器零件上可能有切割油，或者加工过程中的热处理或热控制可能会不均匀地改变了零件的分子结构。合金本身内也可能存在夹杂物或不一致之处。

避免钝化

有时候，钝化会导致金属零件正确运行的问题。

电化学处理通常需要金属阴极和阳极通过溶液运行电流。这些系统可能会鼓励形成氧化物，这些氧化物紧贴阴极的外部。随着阴极被氧化物污染，系统变得降低了。

在这些系统中，钝化是一个问题。切换极性有时会解决问题。相反的电脉冲使氧化物可以从阴极掉下来。氧化物污泥或矿渣会掉落，不会干扰该过程的电化学活性。

钝化层密封和保护

许多金属与产生氧化物，氢氧化物或硫化物的环境反应。这些腐蚀产物亚博账号审核不过以相似的方式产生，但具有不同的性质。

银粉，随着银与空气中的硫化物的结合而缓慢产生，作为一个被动层。它使金属的表面变钝，并且经常被抛弃。相比之下，铜的绿色铜绿或verdigris通常是其产生的绿色深度和范围的美学奖。Verdigris是铜，硫化物，硫酸盐和氯化物的混合物，铜与酸雨或二氧化碳反应。锈，最常见的氧化铁会产生橙色或砖红色的色素。与Verdigris不同，必须仔细控制它，以使起泡的表面不允许下面的钢生锈。

钝化层密封并保护金属物体免受进一步氧化的影响。使用基于铬的无源层，例如在不锈钢上，该膜通常足够薄，以至于不会改变金属的表面外观或功能。薄钝化通常仅在非常特定的设置中改变金属，例如焊接，加工或电化学系统。自动化金属提供的最大好处是“自我修复”的能力。要获得最大的腐蚀保护，请将自动化金属与像油（油）一样的密封剂混合粉末涂料或油漆。