T'has assegurat que les peces estiguin mecanitzades segons les especificacions. Ara, assegura't que has pres mesures per protegir aquestes peces en les condicions que els teus clients esperen. #bàsic
La passivació continua sent un pas crític per maximitzar la resistència bàsica a la corrosió de les peces i conjunts mecanitzats d'acer inoxidable. Pot marcar la diferència entre un rendiment satisfactori i una fallada prematura. Si s'executa incorrectament, la passivació pot causar corrosió.
La passivació és un mètode de postfabricació que maximitza la resistència inherent a la corrosió dels aliatges d'acer inoxidable que produeixen la peça. No és un tractament de descalcificació ni un recobriment de pintura.
No hi ha un consens general sobre el mecanisme precís de com funciona la passivació. Però sí que és cert que hi ha una pel·lícula d'òxid protectora a la superfície de l'acer inoxidable passivat. Es creu que aquesta pel·lícula invisible és extremadament prima, de menys de 0,0000001 polzades de gruix, aproximadament 1/100.000 del gruix d'un cabell humà!
Una peça d'acer inoxidable neta, recentment mecanitzada, polida o decapada adquirirà automàticament aquesta pel·lícula d'òxid a causa de la seva exposició a l'oxigen atmosfèric. En condicions ideals, aquesta capa protectora d'òxid cobreix completament totes les superfícies de la peça.
A la pràctica, però, contaminants com la brutícia de taller o les partícules de ferro de les eines de tall poden transferir-se a la superfície de les peces d'acer inoxidable durant el mecanitzat. Si no s'eliminen, aquests cossos estranys poden reduir l'eficàcia de la pel·lícula protectora original.
Durant el mecanitzat, traces de ferro lliure poden desgastar l'eina i transferir-se a la superfície de la peça d'acer inoxidable. En alguns casos, pot aparèixer una fina capa d'òxid a la peça. En realitat, es tracta de corrosió de l'acer per part de l'eina, no del metall base. De vegades, les esquerdes de partícules d'acer incrustades de les eines de tall o els seus productes de corrosió poden causar l'erosió de la peça mateixa.
De la mateixa manera, petites partícules de brutícia ferrosa del taller poden adherir-se a la superfície de la peça. Tot i que el metall pot semblar brillant en estat mecanitzat, després de l'exposició a l'aire, partícules invisibles de ferro lliure poden causar oxidació superficial.
Els sulfurs exposats també poden ser un problema. Provenen de l'addició de sofre a l'acer inoxidable per millorar la maquinabilitat. Els sulfurs augmenten la capacitat de l'aliatge per formar encenalls durant el mecanitzat, que es poden desprendre completament de l'eina de tall. A menys que les peces es passivin correctament, els sulfurs poden convertir-se en un punt de partida per a la corrosió superficial dels productes fabricats.
En ambdós casos, la passivació és necessària per maximitzar la resistència natural a la corrosió de l'acer inoxidable. Elimina els contaminants superficials, com ara partícules de brutícia ferrosa i partícules de ferro en eines de tall, que poden formar òxid o convertir-se en un punt de partida per a la corrosió. La passivació també elimina els sulfurs exposats a la superfície dels aliatges d'acer inoxidable de tall lliure.
Un procediment de dos passos proporciona la millor resistència a la corrosió: 1. Neteja, un procediment bàsic però de vegades passat per alt; 2. Bany àcid o tractament de passivació.
La neteja sempre ha de ser una prioritat. Les superfícies s'han de netejar a fons de greix, refrigerant o altres restes de taller per a una resistència òptima a la corrosió. Les restes de mecanitzat o altra brutícia de taller es poden netejar amb cura de la peça. Es poden utilitzar desgreixants o netejadors comercials per eliminar olis de procés o refrigerants. Les matèries estranyes, com ara els òxids tèrmics, poden haver de ser eliminades mitjançant mètodes com la mòlta o el decapatge.
De vegades, un operador de màquina pot ometre una neteja bàsica, pensant erròniament que la neteja i la passivació es produiran simultàniament simplement submergint una peça carregada de greix en un bany d'àcid. Això no passarà. Per contra, el greix contaminat reacciona amb l'àcid per formar bombolles d'aire. Aquestes bombolles s'acumulen a la superfície de la peça i interfereixen amb la passivació.
Per empitjorar les coses, la contaminació de les solucions de passivació, que de vegades contenen altes concentracions de clorurs, pot causar "reflexos". A diferència d'obtenir la pel·lícula d'òxid desitjada amb una superfície brillant, neta i resistent a la corrosió, el gravat instantani pot provocar una superfície molt gravada o enfosquida, un deteriorament de la superfície que la passivació està dissenyada per optimitzar.
Les peces fetes d'acer inoxidable martensític [magnètic, moderadament resistent a la corrosió, límit elàstic fins a uns 280 ksi (1930 MPa)] s'endureixen a temperatures elevades i després es temperen per garantir la duresa i les propietats mecàniques desitjades. Els aliatges enduribles per precipitació, que tenen una millor resistència a la corrosió i resistència a la resistència que els aliatges martensítics, es poden tractar en solució, mecanitzar parcialment, envellir a temperatures més baixes i després acabar.
En aquest cas, la peça s'ha de netejar a fons amb un desengreixant o netejador per eliminar qualsevol rastre de fluid de tall abans del tractament tèrmic. En cas contrari, el fluid de tall que quedi a la peça pot causar una oxidació excessiva. Aquesta condició pot fer que les peces de mida insuficient s'abollin després que s'hagi eliminat la incrustació mitjançant mètodes àcids o abrasius. Si es permet que el fluid de tall romangui sobre peces endurides brillants, com ara en un forn de buit o en una atmosfera protectora, es pot produir una carburació superficial, cosa que provoca la pèrdua de resistència a la corrosió.
Després d'una neteja a fons, les peces d'acer inoxidable es poden submergir en un bany d'àcid passivant. Es pot utilitzar qualsevol dels tres mètodes següents: passivació amb àcid nítric, passivació amb àcid nítric i dicromat de sodi i passivació amb àcid cítric. El mètode a utilitzar depèn del grau d'acer inoxidable i dels criteris d'acceptació especificats.
Els graus de crom-níquel més resistents a la corrosió es poden passivar en un bany d'àcid nítric al 20% (v/v) (Figura 1). Com es mostra a la taula, l'acer inoxidable menys resistent es pot passivar afegint dicromat de sodi a un bany d'àcid nítric, fent que la solució sigui més oxidant i capaç de formar una pel·lícula passiva a la superfície metàl·lica. Una altra opció per substituir l'àcid nítric per cromat de sodi és augmentar la concentració d'àcid nítric al 50% en volum. Tant l'addició de dicromat de sodi com la major concentració d'àcid nítric redueixen la possibilitat de reacció no desitjada.
El procediment per passivar acers inoxidables de mecanitzat lliure (que també es mostra a la Figura 1) és una mica diferent del dels acers inoxidables que no es mecanitzen lliurement. Això es deu al fet que durant la passivació en un bany d'àcid nítric típic, s'eliminen alguns o tots els sulfurs de grau mecanitzable que contenen sofre, creant discontinuitats microscòpiques a la superfície de la peça mecanitzada.
Fins i tot un esbandit amb aigua generalment eficaç pot deixar àcid residual en aquestes discontinuitats després de la passivació. Aquest àcid atacarà la superfície de la peça tret que es neutralitzi o es retiri.
Per passivar eficaçment l'acer inoxidable fàcilment mecanitzable, Carpenter ha desenvolupat el procés AAA (àlcali-àcid-àlcali), que neutralitza l'àcid residual. Aquest mètode de passivació es pot completar en menys de 2 hores. Aquí teniu el procés pas a pas:
Després de desgreixar-les, submergiu les peces en una solució d'hidròxid de sodi al 5% a 71 °C a 82 °C durant 30 minuts. A continuació, esbandiu bé les peces amb aigua. A continuació, submergiu la peça durant 30 minuts en una solució d'àcid nítric al 20% (v/v) que conté 22 g/l de dicromat de sodi a 49 °C a 60 °C. Després de treure la peça del bany, esbandiu-la amb aigua i després submergiu-la en la solució d'hidròxid de sodi durant 30 minuts més. Esbandiu la peça de nou amb aigua i assequeu-la, completant el mètode AAA.
La passivació de l'àcid cítric és cada cop més popular entre els fabricants que volen evitar l'ús d'àcids minerals o solucions que contenen dicromat de sodi, així com els problemes d'eliminació i les majors preocupacions de seguretat associades al seu ús. L'àcid cítric es considera respectuós amb el medi ambient en tots els sentits.
Tot i que la passivació amb àcid cítric ofereix avantatges mediambientals atractius, els tallers que han tingut èxit amb la passivació amb àcid inorgànic i no tenen problemes de seguretat poden voler seguir el rumb. Si aquests usuaris tenen un taller net, equips ben cuidats i nets, refrigerant lliure d'incrustacions fèrriques i un procés que produeix bons resultats, potser no hi haurà cap necessitat real de canvis.
La passivació en un bany d'àcid cítric s'ha trobat útil per a una àmplia gamma d'acers inoxidables, incloent-hi diversos graus individuals d'acer inoxidable, com es mostra a la Figura 2. Per comoditat, s'inclou el mètode tradicional de passivació d'àcid nítric de la Figura 1. Cal tenir en compte que les formulacions d'àcid nítric més antigues s'expressen en percentatge de volum, mentre que les concentracions d'àcid cítric més noves s'expressen en percentatge de pes. És important tenir en compte que, a l'hora d'implementar aquests procediments, és fonamental equilibrar acuradament el temps de remull, la temperatura del bany i la concentració per evitar el "flashing" descrit anteriorment.
Els tractaments de passivació varien segons el contingut de crom i les característiques de mecanitzat de cada grau. Observeu les columnes que fan referència al Procés 1 o al Procés 2. Com es mostra a la Figura 3, el Procés 1 implica menys passos que el Procés 2.
Les proves de laboratori han demostrat que el procés de passivació amb àcid cítric és més propens a la "corrosió instantània" que el procés amb àcid nítric. Els factors que contribueixen a aquest atac inclouen una temperatura del bany massa alta, un temps de remull massa llarg i la contaminació del bany. Els productes d'àcid cítric que contenen inhibidors de la corrosió i altres additius com ara agents humectants estan disponibles comercialment i s'ha informat que redueixen la susceptibilitat a la "corrosió instantània".
L'elecció final del mètode de passivació dependrà dels criteris d'acceptació imposats pel client. Vegeu ASTM A967 per a més detalls. Es pot consultar a www.astm.org.
Sovint es realitzen proves per avaluar la superfície de les peces passivades. La pregunta a respondre és: "La passivació elimina el ferro lliure i optimitza la resistència a la corrosió de les qualitats de tall lliure?"
És important que el mètode d'assaig coincideixi amb el grau que s'està avaluant. Les proves massa estrictes no aprovaran materials perfectament bons, mentre que les proves massa flexibles no aprovaran parts insatisfactòries.
Els acers inoxidables de la sèrie 400 d'enduriment per precipitació i mecanitzat lliure s'avaluen millor en un armari capaç de mantenir una humitat del 100% (mostra humida) durant 24 hores a 35 °C (95 °F). La secció transversal sovint és la superfície més crítica, especialment per a les qualitats de tall lliure. Una raó per a això és que el sulfur s'allarga en la direcció de la màquina, intersectant aquesta superfície.
Les superfícies crítiques s'han de col·locar cap amunt, però entre 15 i 20 graus respecte a la vertical per permetre la pèrdua d'humitat. El material correctament passivat difícilment s'oxidarà, tot i que pot mostrar algunes taques lleus.
Els graus d'acer inoxidable austenític també es poden avaluar mitjançant proves d'humitat. Quan es fa aquesta prova, hi ha d'haver gotes d'aigua a la superfície de la mostra, cosa que indica la presència de ferro lliure per la presència de qualsevol òxid.
Els procediments per passivar els acers inoxidables de tall lliure i no de tall lliure que s'utilitzen habitualment en solucions d'àcid cítric o nítric requereixen processos diferents. La figura 3 següent proporciona detalls sobre la selecció del procés.
(a) Ajusteu el pH amb hidròxid de sodi. (b) Vegeu la figura 3. (c) El Na2Cr2O7 representa 22 g/l de dicromat de sodi en àcid nítric al 20%. Una alternativa a aquesta barreja és l'àcid nítric al 50% sense dicromat de sodi.
Un mètode més ràpid és utilitzar la solució de la norma ASTM A380, "Pràctica estàndard per a la neteja, descalcificació i passivació de peces, equips i sistemes d'acer inoxidable". La prova consisteix a netejar la peça amb una solució de sulfat de coure/àcid sulfúric, mantenir-la humida durant 6 minuts i observar si hi ha un recobriment de coure. Com a alternativa, la peça es pot submergir en la solució durant 6 minuts. Si el ferro es dissol, es produeix un recobriment de coure. Aquesta prova no s'aplica a les superfícies de les peces de processament d'aliments. A més, no s'ha d'utilitzar per a acers martensítics o ferrítics amb baix contingut de crom de la sèrie 400, ja que es poden produir resultats falsos positius.
Històricament, la prova de polvorització salina al 5% a 35 °C (95 °F) també s'ha utilitzat per avaluar mostres passivades. Aquesta prova és massa estricta per a alguns graus i generalment no és necessària per confirmar que la passivació sigui efectiva.
Eviteu utilitzar clorurs en excés, que poden causar atacs sobtats nocius. Si és possible, utilitzeu només aigua d'alta qualitat amb menys de 50 parts per milió (ppm) de clorur. L'aigua de l'aixeta sol ser suficient i pot tolerar fins a diversos centenars de ppm de clorur en alguns casos.
És important substituir el bany regularment per no perdre el potencial de passivació, cosa que pot provocar llamps i danys a les peces. El bany s'ha de mantenir a la temperatura adequada, ja que les temperatures de desbordament poden causar corrosió localitzada.
És important mantenir un programa de canvi de solució molt específic durant les tirades de producció elevades per minimitzar el potencial de contaminació. Es va utilitzar una mostra de control per provar l'eficàcia del bany. Si la mostra està atacada, és hora de substituir el bany.
Si us plau, especifiqueu que algunes màquines només fabriquen acer inoxidable; utilitzeu el mateix refrigerant preferit per tallar acer inoxidable, excloent tots els altres metalls.
Les peces de la cremallera DO es tracten per separat per evitar el contacte metall amb metall. Això és especialment important per al mecanitzat lliure d'acer inoxidable, ja que es necessiten solucions de passivació i rentat de flux lliure per difondre els productes de corrosió de sulfur i evitar la formació de bosses d'àcid.
No passiveu peces d'acer inoxidable carburitzades o nitrurades. La resistència a la corrosió de les peces tractades d'aquesta manera es pot reduir fins al punt que serien atacades al bany de passivació.
No utilitzeu eines fèrriques en un entorn de taller que no estigui particularment net. Es pot evitar la sorra d'acer utilitzant eines de carbur o ceràmiques.
No oblideu que la corrosió es pot produir al bany de passivació si la peça no es tracta tèrmicament correctament. Els graus martensítics amb alt contingut de carboni i alt contingut de crom s'han d'endurir per a la resistència a la corrosió.
La passivació es duu a terme normalment després d'un reveniment posterior utilitzant temperatures que mantenen la resistència a la corrosió.
No ignoreu la concentració d'àcid nítric al bany de passivació. S'han de fer comprovacions periòdiques mitjançant el procediment de titulació senzill proporcionat per Carpenter. No passiveu més d'un acer inoxidable alhora. Això evita confusions costoses i reaccions galvàniques.
Sobre els autors: Terry A. DeBold és especialista en recerca i desenvolupament d'aliatges d'acer inoxidable i James W. Martin és metal·lúrgic de barres a Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
En un món amb especificacions d'acabat superficial cada cop més estrictes, les mesures simples de "rugositat" continuen sent útils. Vegem per què és important la mesura de la superfície i com es pot comprovar a la planta de producció amb calibres portàtils sofisticats.
Esteu segur que teniu la millor plaqueta per a aquesta operació de tornejat? Comproveu la ferrissa, sobretot si no la superviseu. Les característiques de la ferrissa us poden dir molt.