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Passivierungsprozess

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Siehe auch: Passivierung, Passivierungschemikalien.

Chemischer bzw. elektrochemischer Vorgang der Passivierung von sachgerecht vorbereiteten Oberflächen von z. B. austenitischen Edelstahllegierungen – also der Bildung der ungestörten chromoxidreichen Passivschicht. Erfolgt in der Praxis in der Regel auf chemischem bzw. nasschemischem Weg durch Spülung bzw. Lagerung der Bauteile in 0,5–10 % Salpetersäure (HNO3) bei Raumtemperatur über 15–90 min.

Durch die gezielte oxidierende Wirkung der Salpetersäure HNO3 → H+ + NO2 + O (doppelt oxidativ wirkend durch H+ und O) erfolgt die spontane Bildung von Cr2O3 bzw. auch Cr(OH)3 als Hauptbestandteil (Matrix, Matrixmaterialkomposition) der Passivschicht mit z. B. Cr / Fe = 1 (metallblanke Oberfläche) bis 3 (elektrochemisch polierte Oberfläche) für 1.4404 und einer Schichtdicke von 1–3 nm.

Die Effektivität der Passivschichtbildung bezüglich Schichtdicke und Cr / Fe-Verhältnis ist sowohl von der Salpetersäurelagerung (Konzentration HNO3, Temperatur, Zeitdauer) abhängig, als auch von der Qualität des passivierbereiten Zustands der Edelstahloberfläche im Hinblick auf die Oberflächenvorbehandlung (Reinheitszustand).

Mechanisch geschliffene bzw. metallblanke Oberflächen sind v. a. morphologisch (Morphologie) weniger günstig präpariert als fachgerecht chemisch gebeizte oder aber elektrochemisch polierte Oberflächen, die einen morphologischen Reinheitszustand aufweisen, der eine optimale und nahezu ungestörte Passivschichtausbildungen erlaubt.

Mechanisch geschliffene Edelstahloberflächen lassen bei optimalen Passivierungsbedingungen (Konzentration HNO3 0,5, 2, 5, 10, 20, 30 %, Temperatur 20, 25, 30, 40 °C, Expositionszeit 15, 30, 60, 90 min) maximale Schichtdicken von ca. 1 nm und ein Cr / Fe-Verhältnis von 1–1,2 erreichen.

Fachgerecht elektropolierte Oberflächen lassen unter gleichen Passivierungsbedingungen maximale Schichtdicken von 1,8–3,0 nm und ein Cr / Fe-Verhältnis von 1,7–3 erreichen.

Diese Unterschiede zeigen sich auch bei entsprechenden elektrolytischen (Elektrolyse) Korrosionswiderstandsversuchen mittels potentiodynamischer Lochfraßpotenzialtests (Pittingpotentialbestimmung bzw. CPT-Messungen [Critical Pitting Temperature]), bei denen elektropolierte Oberflächen stets weit besser abschneiden als mb-Oberflächen bzw. mechanisch geschliffene Oberflächen.

Als Verfahrensparameter für praktische Passivierungen, etwa von Edelstahlrohrleitungssystemen (nach entsprechender Entfettung / Reinigung), ist aus der Erfahrung der umfangreichen Versuche zu empfehlen:

  • HNO3-Konzentration 0,5–10 % (Cl < 10 ppm)

  • Temperatur 20–30 °C,

  • Expositionszeiten bei Umlaufspülung: mechanisch geschliffene bzw. mb-Oberflächen: 90 min, elektropolierte Oberflächen: 15 min.

Durch höhere Expositionszeiten bzw. höhere HNO3-Konzentrationen oder Temperaturen werden keine verbesserten Passivschichtgleichgewichtszustände erreicht.

© 2013 – ECV – Lexikon der Pharmatechnologie

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