Was ist Passivieren?

Unter dem Begriff Passivieren versteht man in der Chemie, etwas chemisch passiv – oder inaktiv – zu machen.

Viele Metalle, zum Beispiel Aluminium und Titan, sind selbstpassivierend. Die Atome reagieren mit Sauerstoff, um eine starke Schicht aus Oxiden zu bilden. Wenn etwa eisenhaltige Werkzeuge bei diesen Werkstoffen verwendet werden, können Rückstände des Eisens auf der Oberfläche zurückbleiben und rosten. Passivieren von Edelstahl bedeutet in diesem Fall die chemische Entfernung des freien Eisens von der Oberfläche mithilfe einer sauren Lösung.

In ähnlicher Weise kann freies Eisen an der Oberfläche von ansonsten rostfreien bzw. korrosionsbeständigen Stahllegierungen (Edelstahl) zu Rost führen. Dies ist abhängig von der Edelstahlsorte und den Umgebungsbedingungen. Auch hier muss das freie Eisen mit einer sauren Lösung von der Oberfläche entfernt werden. In diesem Fall bleiben andere Komponenten wie Chrom oder Nickel auf der Oberfläche zurück, wo sie bei Kontakt mit dem Sauerstoff der Luft eine schützende Oxidschicht für das Basismaterial bilden und es so vor Korrosion schützen. Diese Definition von Passivierung ist in den Normen ASTM A-967 & AMS2700 niedergelegt.

Die passive Oxidschicht des Edelstahls kann durch mechanische Bearbeitung beschädigt werden. Deshalb sollte die Passivierung der letzte Arbeitsschritt bei der Herstellung von Edelstahlprodukten sein. So ist zum Beispiel Schweißen mit einer lokalen Erhitzung verbunden, die die Legierung verändern kann. Geschweißte Stellen müssen daher nicht nur gebeizt, sondern auch passiviert werden. Edelstahloberflächen können aber auch durch Chloride in der Umgebung angegriffen werden. Besonders Bleichen, Salze oder eine maritime Umgebung stellen eine Herausforderung für die Rostbeständigkeit von Edelstahl dar.

Die Passivierung mit Zitronensäure weist gegenüber der Passivierung mit Salpetersäure entscheidende Vorteile auf. Zitronensäure ist in puncto Arbeitssicherheit ungefährlicher und außerdem effektiver in der Anwendung. Das bewirkt auch einen elementaren Unterschied auf atomarer Ebene: Salpetersäure greift zwar den Eisenanteil zuerst an, reduziert aber auch den Anteil der anderen Legierungsbestandteile. Dadurch ist die Dicke der Chromoxidschicht nur begrenzt darstellbar. Außerdem gehen bei der Anwendung von Salpetersäure Schwermetalle in das Bad über, die sehr kostspielig als Sonderabfall entsorgt werden müssen.

Zitronensäure dagegen greift nur das freie Eisen an, alle anderen Bestandteile werden in der Oberfläche belassen. Diese sichere Chemikalie ermöglicht höhere Temperaturen (bis maximal 60 °C), die den Prozess der Passivierung nicht nur beschleunigen, sondern auch eine dickere Passivschicht erzeugen können. Zur gleichmäßigen Benetzung der Oberfläche kann bei der Passivierung zusätzlich Ultraschall eingesetzt werden, was zu einer verbesserten Reinigung und Passivierung führt. So kann durch Zitronensäure eine maximal dicke und stabile Passivschicht ausgebildet werden. Dazu ist es auch notwendig, das Material gründlich zu spülen und ausreichend lang trocknen zu lassen. So kann die Ausbildung der Passivschicht auch in tiefere Schichten vordringen.

Die selektive Entfernung des freien Eisens durch Zitronensäure kann zu Problemen führen, wenn der behandelte Edelstahl einen hohen Anteil von Kohlenstoff bzw. Schwefel aufweist. Beide Elemente werden genauso wie Chrom und Nickel bei der Zitronensäurebehandlung auf der Oberfläche belassen. Im Fall von Kohlenstoff kann dies zu grauen Verfärbungen führen. Bei Schwefel können Ablagerungen entstehen, die wie Rost aussehen. Diese Probleme kann man einfach vermeiden, indem man die Werkstücke vor der Passivierung mit einem hochalkalischen Reiniger behandelt.

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