غیرفعال‌سازی

غیرفعال سازی (به انگلیسی: Passivation) در شیمی‌فیزیک به فرایند مقاوم شدن فلزات در مقابل خوردگی و زنگ زدگی گفته می‌شود.
به عنوان یک تکنیک، غیرفعال سازی به عملیات ساخت یک لایه نازک اکسید بر روی سطح فولاد زنگ نزن گفته می‌شود که این لایه فلز را در مقابل خوردگی و زنگ زدن مقاوم می‌کند.

تاریخچه

در اواسط دهه ۱۸۰۰، کریستین فریدریش شونباین کشف کرد که وقتی یک قطعه آهن در اسید نیتریک رقیق قرار می‌گیرد، هیدروژن را تجزیه و تولید می‌کند، اما اگر آهن ابتدا در اسید نیتریک غلیظ قرار داده شود، سپس به اسید نیتریک رقیق شده فرو برده شود، واکنش کمی یا هیچ واکنشی صورت نخواهد گرفت. شونباین اولین حالت را «وضعیت فعال» و دومین وضعیت را «وضعیت غیرفعال» نام‌گذاری کرد. اگر آهن غیرفعال با آهن فعال در تماس قرار بگیرد، دوباره فعال می‌شود.

چگونگی

بسیاری از فلزاتی که در معرض هوا قرار می‌گیرند، به صورت طبیعی یک لایه سخت تقریباً خنثی بر روی سطح‌شان تشکیل می‌دهند.
غیرفعال سازی معمولاً بر روی سطوح فولادهای زنگ‌نزن خودبه‌خود اتفاق می‌افتد، اما ممکن است گاهی لازم باشد برای بهبود این فرایند با روش‌های اسید اکسیدکننده کمک کرد. بر خلاف فرایند اسیدشویی، هیچ لایه فلزی از سطح در طول عملیات غیرفعال سازی با کمک اسید حذف نمی‌شود. با این حال، کیفیت و ضخامت لایه غیرفعال در طی فرایندهای تسریع کننده با اسید به سرعت افزایش می‌یابد. ممکن است شرایطی وجود داشته باشد که در طی عملیات‌های اسیدی با اسیدنیتریک، فرایندهای اسیدشویی و غیرفعال سازی به‌طور پشت سرهم (و نه همزمان) رخ دهد. اسید نیتریک تنها می‌تواند سطوح فولاد ضدزنگ را «غیرفعال» کند. این اسید برای «اسیدشویی» فولادهای ضدزنگ مناسب نیست.

غیرفعال سازی فولاد زنگ‌نزن

مطابق استاندارد ASTM A380 تعاریف گوناگونی برای غیرفعال سازی فولاد زنگ نزن وجود دارد. مطابق این استاندارد «غیرفعال سازی» به حذف آهن یا ترکیبات آهنی خارجی از سطح فولاد زنگ نزن توسط یک فرایند انحلال شیمیایی که معمولاً توسط یک محلول اسیدی انجام می‌شود ولی تأثیر چندانی روی خود فولادزنگ نزن نمی‌گذارد گفته می‌شود. غیرفعال سازی فولاد زنگ‌نزن دارای ۳ بخش است:
نخست اتم‌های آهن سطح در اثر خوردگی حل می‌شوند و غلظت کروم در سطح کم‌کم افزایش می‌یابد و با ایجاد یک زنجیره، جلوی حل‌شدن بیشتر آهن گرفته می‌شود. با تماس این اتم‌های کروم با آب، بخش دوم که ایجاد اکسید کروم است آغاز می‌شود و فولاد وارد فرایند غیرفعال سازی یا رویینگی می‌شود.
در بخش دوم، از آنجا که اکسید کروم یک اکسید با کمبود الکترون است، به‌ازای هرچند Cr⁺³ ‎ بایستی یک Cr⁺⁶ ‎ باشد و برای خنثی ماندن بارالکتریکی کل، جای خالی کاتیونی در شبکه باشنده می‌شود. این‌جاهای خالی مکانی برای آغاز حل‌شدن دوباره فولاد و بخش سوم است.
با افزایش پتانسیل، Cr⁺³ ‎ ناپایدار می‌شود و به Cr⁺⁶ ‎ تبدیل می‌شود و حل‌شدن فولاد دوباره آغاز می‌شود. به این بخش فرا غیرفعال گفته می‌شود.

غیرفعال سازی آلومینیوم

آلومینیوم خالص درصورت تماس با اکسیژن در فرآیندی به نام اکسایش به صورت طبیعی یک لایه سطحی نازک به نام آلومینیوم اکسید تشکیل می‌دهد. این لایه اکسید از رسیدن اکسیژن به لایه‌های زیرین و در نتیجه خوردگی بیشتر محافظت می‌کند. در بعضی از آلیاژهای آلومینیوم لایه اکسید به خوبی تشکیل نمی‌شود و در نتیجه در مقابل خوردگی محافظت نمی‌شود. روش‌های خاصی برای بهبود تشکیل این لایه اکسید در بعضی آلیاژها وجود دارد.
در حالت کلی دو روش عمده برای غیرفعال سازی آلومینیوم وجود دارد (منهای روش‌هایی مانند رنگ‌آمیزی یا آبکاری): پوشش دهی کرومات و انودایزینگ (آندش).
فرایند پوشش‌دهی کرومات باعث تبدیل شدن آلومینیوم سطحی به پوشش آلومینیوم کرومات به ضخامت‌هایی در محدوده ۲۵۰ تا ۱۰۰۰ نانومتر می‌شود. پوشش‌های تبدیل آلومینیوم کرومات دارای ساختاری نامنظم و ترکیبی ژل مانند با آب‌هیدراته هستند. از روش پوشش‌دهی کرومات علاوه بر آلومینیوم برای غیرفعال‌سازی روی، کادمیوم، مس، نقره، منیزیم و قلع نیز استفاده می‌شود.
فرایند اَنُدایزینگ (به انگلیسی: Anodizing)‌فرآیندی الکترولیتی است که لایه اکسید ضخیم‌تری می‌سازد. پوشش آندی شامل آلومینیوم اکسید هیدراته است که غیرقابل خوردگی و سایش در نظرگرفته می‌شود. این روش پرداخت یک فرایند بسیار قدرتمند است که می‌تواند همچنین به عایق الکتریسته شدن آن نیز کمک کند که در سایر روش‌ها امکان آن وجود ندارد.