Passiveren: wat het is en waarom het de ondergrond stabiliseert

Wat is passiveren?

Passiveren is het aanbrengen of versterken van een zeer dunne oxidelaag die een metaal afschermt van zuurstof, water en zouten, zodat het metaal passief wordt: het reageert niet of nauwelijks meer met zijn omgeving. De laag is maar enkele nanometers dik en onzichtbaar, maar hij bepaalt of een metaal roest of blank blijft. Sommige metalen passiveren vanzelf aan de lucht; bij chemisch voorbehandelen wordt dat proces gestuurd met een passiveerbad, zodat de laag dicht, gelijkmatig en goed hechtend is.

In een voorbehandelingstraject is passiveren de stap tussen beitsen en naspoelen. Het beitsen heeft alle oxiden verwijderd en laat actief metaal achter; het passiveren geeft dat metaal direct een nieuwe, gecontroleerde beschermlaag. Dit artikel hoort bij het thema voorbehandeling; het volledige traject staat in chemisch voorbehandelen.

Hoe werkt een passieve oxidelaag?

Een passieve laag werkt als een dichte barrière die de uitwisseling van elektronen en ionen tussen metaal en omgeving blokkeert. Corrosie is een elektrochemische reactie: metaal geeft elektronen af en gaat als ionen in oplossing. Als het oppervlak bedekt is met een aaneengesloten, niet-geleidende oxidelaag, kan die reactie niet doorgaan. Hoe corrosie precies verloopt, lees je in wat is corrosie.

Niet elke oxidelaag is passief. Roest op staal is poreus, bros en vochtvasthoudend; hij houdt zuurstof en water niet tegen, maar trekt ze juist aan. Een passieve laag is daarentegen dicht, dun en vast met het metaal verbonden. Ontstaat er een kras, dan vormt de laag zich bij veel metalen vanzelf opnieuw, mits er zuurstof beschikbaar is. Chloriden, zoals in zeewater, zijn de grootste vijand van passieve lagen: ze breken de laag plaatselijk open en veroorzaken putcorrosie op precies die plek.

Passiveren van roestvast staal

Roestvast staal dankt zijn corrosiebestendigheid aan een passieve laag van chroomoxide, die ontstaat doordat het staal minimaal ongeveer 10,5 % chroom bevat. Die laag vormt zich spontaan aan de lucht. Bewerken, lassen, slijpen of contact met gewoon staal verstoort hem echter: er komen vrije ijzerdeeltjes op het oppervlak, de lasnaad krijgt aanloopkleuren en de laag wordt plaatselijk chroomarm. Op die plekken roest roestvast staal alsnog.

Passiveren van roestvast staal gebeurt met een oxiderend zuur, meestal salpeterzuur of citroenzuur. Het zuur lost de vrije ijzerdeeltjes op en verrijkt het oppervlak aan chroom, waardoor een dikkere en gelijkmatiger chroomoxidelaag ontstaat. Is er walshuid of een aanloopkleur aanwezig, dan gaat daar eerst een beitsstap aan vooraf. De gangbare werkwijzen hiervoor zijn vastgelegd in normen zoals ASTM A967. Onder een coating zorgt de passieve laag ervoor dat een beschadiging van de coating niet direct tot ondercorrosie leidt.

Passiveren van koper en koperlegeringen

Koper, messing, brons en koper-nikkel vormen aan de lucht een dunne laag koperoxide die het metaal afremt, maar niet volledig afsluit. In warmtewisselaars zijn deze legeringen gangbaar vanwege hun warmtegeleiding en hun weerstand tegen zeewater. Koper-nikkel bouwt in stromend zeewater een eigen beschermende film op, maar die heeft tijd en schoon water nodig en raakt beschadigd door vervuiling, zwavelverbindingen en stilstand.

Na het beitsen is koper roze en blank en oxideert het binnen korte tijd tot een ongelijkmatige, donkere laag. Passiveren van koper gebeurt daarom met een mild oxiderend bad of met een inhibitor die zich als een molecuulfilm aan het koper bindt. Het resultaat is een stabiel, gelijkmatig oppervlak dat tot het moment van coaten niet verder verkleurt of oxideert. Waarom koper en zijn legeringen in koelwater zo reageren, lees je in corrosie van koper, messing en aluminium.

Wat is het verschil tussen beitsen en passiveren?

Beitsen verwijdert, passiveren bouwt op. Dat is het kortste onderscheid, en de tabel maakt het concreet.

De twee stappen zijn geen alternatieven maar een paar. Beitsen zonder passiveren laat een oppervlak achter dat binnen minuten ongecontroleerd oxideert. Passiveren zonder beitsen legt een laag over oxiden, walshuid of vrij ijzer heen en bereikt het metaal niet. Alleen samen leveren ze een ondergrond op die schoon én stabiel is.

De rol van passiveren in een voorbehandelingstraject

Passiveren is de stap die de winst van het beitsen vasthoudt tot het coaten. Tussen de laatste spoeling en het aanbrengen van de eerste coatinglaag zitten drogen, transport binnen de werkplaats en eventueel afplakken. In die tijd zou blank metaal een losse oxidelaag vormen waarop de coating slecht hecht. De passieve laag voorkomt dat en geeft de coating een gedefinieerd oppervlak: overal dezelfde samenstelling, overal dezelfde hechting.

Voor warmtewisselaars komt daar een praktisch voordeel bij. Een vloeistof passiveert het hele oppervlak, ook de binnenzijde van buizen, de voet van lamellen en de spleten rond de pijpenplaat. Juist op die plekken kan een losse oxidelaag niet achteraf worden verwijderd. Omdat de passieve laag zo dun is, heeft hij geen invloed op de warmteoverdracht of op de laagdikte van de coating. In de chemische voorbehandeling van Novocoatings volgt het passiveren direct op het beitsen, waarna het werkstuk wordt nagespoeld en gecontroleerd gedroogd. Zie de pagina voorbehandeling.

Wat betekent dit voor jouw warmtewisselaar?

Voor een koeler van roestvast staal, koper of koper-nikkel is passiveren geen optionele stap, maar de voorwaarde voor een ondergrond waarop de coating overal gelijk hecht. Vraag bij een voorbehandelingstraject daarom niet alleen of er wordt gebeitst, maar ook hoe het oppervlak daarna wordt gestabiliseerd en hoeveel tijd er zit tussen voorbehandeling en coating. Op een gepassiveerde en gedroogde ondergrond brengt Novocoatings de phenol-epoxy inbrandcoatings in meerdere dunne lagen aan en hardt elke laag in de oven uit. De coating sluit het metaal dan af van zeewater, brak water, rivierwater en chemicaliën, en de passieve laag eronder vangt op wat een beschadiging van de coating ooit zou doorlaten.