Du har sikret dig, at delene er bearbejdet i henhold til specifikationerne. Sørg nu for, at du har taget skridt til at beskytte disse dele under de forhold, dine kunder forventer. #grundlæggende
Passivering er fortsat et kritisk trin i at maksimere den grundlæggende korrosionsbestandighed af rustfri bearbejdede dele og samlinger. Det kan være forskellen mellem tilfredsstillende ydeevne og for tidligt svigt. Forkert udført kan passivering faktisk forårsage korrosion.
Passivering er en efterbehandlingsmetode, der maksimerer den iboende korrosionsbestandighed af de rustfri stållegeringer, der producerer emnet. Det er ikke en afkalkningsbehandling, og det er heller ikke en malingbelægning.
Der er ingen generel konsensus om den præcise mekanisme for, hvordan passivering fungerer. Men det er sikkert, at der er en beskyttende oxidfilm på overfladen af ​​passiveret rustfrit stål. Denne usynlige film menes at være ekstremt tynd, mindre end 0,0000001 tomme tyk, cirka 1/100.000 af tykkelsen af ​​et menneskehår!
En ren, nybearbejdet, poleret eller bejdset rustfri ståldel vil automatisk danne denne oxidfilm på grund af dens eksponering for atmosfærisk ilt. Under ideelle forhold dækker dette beskyttende oxidlag fuldstændigt alle overflader af delen.
I praksis kan forurenende stoffer som f.eks. værkstedssnavs eller jernpartikler fra skæreværktøjer dog overføres til overfladen af ​​rustfri ståldele under bearbejdning. Hvis disse fremmedlegemer ikke fjernes, kan de reducere effektiviteten af ​​den oprindelige beskyttelsesfilm.
Under bearbejdning kan spor af frit jern slides af værktøjet og overføres til overfladen af ​​emnet i rustfrit stål. I nogle tilfælde kan der opstå et tyndt lag rust på delen. Dette er faktisk korrosion af stålet fra værktøjet, ikke af basismetallet. Lejlighedsvis kan sprækker i indlejrede stålpartikler fra skæreværktøjer eller deres korrosionsprodukter forårsage erosion af selve delen.
Ligeledes kan små partikler af jernholdigt snavs fra værkstedet klæbe til overfladen af ​​delen. Selvom metal kan se skinnende ud i bearbejdet tilstand, kan usynlige partikler af frit jern forårsage overfladerust efter udsættelse for luft.
Eksponerede sulfider kan også være et problem. De kommer fra tilsætning af svovl til rustfrit stål for at forbedre bearbejdeligheden. Sulfider øger legeringens evne til at danne spåner under bearbejdning, som kan blive fuldstændigt afskåret fra skæreværktøjet. Medmindre delene passiveres korrekt, kan sulfider blive et udgangspunkt for overfladekorrosion på fremstillede produkter.
I begge tilfælde er passivering nødvendig for at maksimere den naturlige korrosionsbestandighed af rustfrit stål. Det fjerner overfladeforurenende stoffer, såsom jernholdige partikler fra værkstedet og jernpartikler i skæreværktøjer, der kan danne rust eller blive et udgangspunkt for korrosion. Passivering fjerner også sulfider, der er eksponeret på overfladen af ​​​​fritstående rustfri stållegeringer.
En totrinsprocedure giver den bedste korrosionsbestandighed: 1. Rengøring, en grundlæggende, men nogle gange overset procedure; 2. Syrebad eller passiveringsbehandling.
Rengøring bør altid prioriteres. Overflader skal grundigt rengøres for fedt, kølevæske eller andet værkstedsrester for optimal korrosionsbestandighed. Maskinaffald eller andet værkstedssnavs kan forsigtigt tørres af emnet. Kommercielle affedtningsmidler eller rengøringsmidler kan bruges til at fjerne procesolier eller kølevæsker. Fremmedlegemer såsom termiske oxider skal muligvis fjernes ved hjælp af metoder som slibning eller bejdsning.
Nogle gange springer en maskinoperatør grundlæggende rengøring over og tror fejlagtigt, at rengøring og passivering vil ske samtidigt ved blot at dyppe en fedtholdig del i et syrebad. Det vil ikke ske. Omvendt reagerer forurenet fedt med syre og danner luftbobler. Disse bobler samler sig på emnets overflade og forstyrrer passiveringen.
For at gøre tingene værre kan kontaminering af passiveringsopløsninger, som nogle gange indeholder høje koncentrationer af klorider, forårsage "flashing". I modsætning til at opnå den ønskede oxidfilm med en blank, ren og korrosionsbestandig overflade, kan flashætsning resultere i en stærkt ætset eller mørk overflade – en overfladeforringelse, som passivering er designet til at optimere.
Dele fremstillet af martensitisk rustfrit stål [magnetisk, moderat korrosionsbestandigt, flydespænding op til ca. 280 ksi (1930 MPa)] hærdes ved forhøjede temperaturer og anløbes derefter for at sikre den ønskede hårdhed og mekaniske egenskaber. Udfældningshærdelige legeringer, som har bedre styrke og korrosionsbestandighed end martensitiske legeringer, kan opløsningsbehandles, delvist bearbejdes, ældes ved lavere temperaturer og derefter færdigbehandles.
I dette tilfælde skal delen rengøres grundigt med et affedtningsmiddel eller rengøringsmiddel for at fjerne eventuelle spor af skærevæske inden varmebehandling. Ellers kan den tilbageværende skærevæske på delen forårsage overdreven oxidation. Denne tilstand kan forårsage buler på underdimensionerede dele, efter at skalen er fjernet med syre- eller slibende metoder. Hvis skærevæske får lov til at forblive på blankhærdede dele, f.eks. i en vakuumovn eller beskyttende atmosfære, kan der forekomme overfladekarburering, hvilket resulterer i tab af korrosionsbestandighed.
Efter grundig rengøring kan delene af rustfrit stål nedsænkes i et passiverende syrebad. Der kan anvendes tre forskellige metoder – salpetersyrepassivering, salpetersyre med natriumdichromatpassivering og citronsyrepassivering. Hvilken metode der skal anvendes, afhænger af rustfrit ståls kvalitet og de specificerede acceptkriterier.
Mere korrosionsbestandige krom-nikkelkvaliteter kan passiveres i et 20% (v/v) salpetersyrebad (figur 1). Som vist i tabellen kan mindre modstandsdygtigt rustfrit stål passiveres ved at tilsætte natriumdichromat til et salpetersyrebad, hvilket gør opløsningen mere oxiderende og i stand til at danne en passiv film på metaloverfladen. En anden mulighed for at erstatte salpetersyre med natriumchromat er at øge koncentrationen af ​​salpetersyre til 50 volumen%. Både tilsætningen af ​​natriumdichromat og den højere koncentration af salpetersyre reducerer risikoen for uønsket flamning.
Proceduren for passivering af fribearbejdning af rustfrit stål (også vist i figur 1) er noget anderledes end den for ikke-fribearbejdning af rustfrit stål. Dette skyldes, at nogle eller alle svovlholdige bearbejdningsbare sulfider fjernes under passivering i et typisk salpetersyrebad, hvilket skaber mikroskopiske diskontinuiteter i overfladen af ​​den bearbejdede del.
Selv en generelt effektiv skylning med vand kan efterlade resterende syre i disse diskontinuiteter efter passivering. Denne syre vil derefter angribe emnets overflade, medmindre den neutraliseres eller fjernes.
For effektivt at passivere letbearbejdeligt rustfrit stål har Carpenter udviklet AAA (Alkali-Acid-Alkali) processen, som neutraliserer resterende syre. Denne passiveringsmetode kan udføres på mindre end 2 timer. Her er den trinvise proces:
Efter affedtning lægges delene i blød i en 5% natriumhydroxidopløsning ved 71°C til 82°C i 30 minutter. Skyl derefter delene grundigt i vand. Nedsænk derefter delen i 30 minutter i en 20% (v/v) salpetersyreopløsning indeholdende 22 g/l natriumdichromat ved 49°C til 60°C. Efter at delen er taget ud af badet, skylles den med vand og derefter nedsænkes den i natriumhydroxidopløsningen i yderligere 30 minutter. Skyl delen igen med vand og tør, og fuldfør AAA-metoden.
Passivering af citronsyre bliver stadig mere populært blandt producenter, der ønsker at undgå brugen af ​​mineralsyrer eller opløsninger, der indeholder natriumdichromat, samt de bortskaffelsesproblemer og større sikkerhedsproblemer, der er forbundet med deres anvendelse. Citronsyre betragtes som miljøvenlig på alle måder.
Selvom citronsyrepassivering tilbyder attraktive miljømæssige fordele, kan værksteder, der har haft succes med uorganisk syrepassivering og ikke har sikkerhedsproblemer, ønske at holde kursen. Hvis disse brugere har et rent værksted, velholdt og rent udstyr, kølevæske fri for jernholdige værkstedsforurening og en proces, der giver gode resultater, er der muligvis ikke et reelt behov for ændringer.
Passivering i et citronsyrebad har vist sig at være nyttigt for en lang række rustfrie ståltyper, herunder adskillige individuelle rustfrie stålkvaliteter, som vist i figur 2. For nemheds skyld er den traditionelle salpetersyrepassiveringsmetode i figur 1 inkluderet. Bemærk, at ældre salpetersyreformuleringer er udtrykt i volumenprocent, mens nyere citronsyrekoncentrationer er udtrykt i vægtprocent. Det er vigtigt at bemærke, at når disse procedurer implementeres, er det afgørende at afbalancere iblødsætningstid, badtemperatur og koncentration for at undgå den tidligere beskrevne "flashing".
Passiveringsbehandlinger varierer afhængigt af kromindholdet og bearbejdningsegenskaberne for hver kvalitet. Bemærk kolonnerne, der refererer til enten proces 1 eller proces 2. Som vist i figur 3 involverer proces 1 færre trin end proces 2.
Laboratorietests har vist, at citronsyrepassiveringsprocessen er mere tilbøjelig til at "flash" end salpetersyreprocessen. Faktorer, der bidrager til dette angreb, omfatter for høj badtemperatur, for lang iblødsætningstid og badkontaminering. Citronsyreprodukter, der indeholder korrosionsinhibitorer og andre tilsætningsstoffer såsom befugtningsmidler, er kommercielt tilgængelige og rapporteres at reducere modtageligheden for "flashkorrosion".
Det endelige valg af passiveringsmetode afhænger af de acceptkriterier, som kunden har fastsat. Se ASTM A967 for detaljer. Den kan findes på www.astm.org.
Der udføres ofte test for at evaluere overfladen af ​​passiverede dele. Spørgsmålet, der skal besvares, er: "Fjerner passivering frit jern og optimerer korrosionsbestandigheden af ​​automatskærende kvaliteter?"
Det er vigtigt, at testmetoden matcher den karakter, der vurderes. Test, der er for strenge, vil ikke bestå perfekt gode materialer, mens test, der er for løse, vil ikke bestå utilfredsstillende dele.
400-serien af ​​udfældningshærdede og automatbearbejdede rustfrie ståltyper evalueres bedst i et kabinet, der kan opretholde 100 % luftfugtighed (våde prøver) i 24 timer ved 35 °C. Tværsnittet er ofte den mest kritiske overflade, især for automatbearbejdningskvaliteter. En af grundene til dette er, at sulfidet forlænges i maskinretningen og skærer denne overflade.
Kritiske overflader bør placeres opad, men i en vinkel på 15 til 20 grader fra lodret for at tillade fugttab. Korrekt passiveret materiale vil næppe ruste, selvom det kan vise en smule misfarvning.
Austenitiske rustfri ståltyper kan også evalueres ved fugtighedstest. Når de testes, skal der være vanddråber til stede på prøvens overflade, hvilket indikerer frit jern ved tilstedeværelsen af ​​​​rust.
Procedurerne til passivering af almindeligt anvendte automatskærende og ikke-automatskærende rustfrie ståltyper i citronsyre- eller salpetersyreopløsninger kræver forskellige processer. Figur 3 nedenfor giver detaljer om procesvalg.
(a) Juster pH med natriumhydroxid. (b) Se figur 3. (c) Na2Cr2O7 repræsenterer 3 oz/gallon (22 g/l) natriumdichromat i 20% salpetersyre. Et alternativ til denne blanding er 50% salpetersyre uden natriumdichromat.
En hurtigere metode er at bruge opløsningen i ASTM A380, "Standardpraksis for rengøring, afkalkning og passivering af rustfrit ståldele, udstyr og systemer." Testen består i at aftørre delen med en kobbersulfat/svovlsyreopløsning, holde den våd i 6 minutter og observere for kobberbelægning. Alternativt kan delen nedsænkes i opløsningen i 6 minutter. Hvis jernet opløses, forekommer kobberbelægning. Denne test bør ikke anvendes på overfladerne af fødevareforarbejdningsdele. Den bør heller ikke anvendes til martensitiske eller ferritiske ståltyper med lavt kromindhold i 400-serien, da der kan forekomme falsk positive resultater.
Historisk set er 5% saltspraytesten ved 35°C også blevet brugt til at evaluere passiverede prøver. Denne test er for streng for nogle kvaliteter og er generelt ikke påkrævet for at bekræfte, at passivering er effektiv.
Undgå at bruge for meget klorid, da det kan forårsage skadelige flashangreb. Brug om muligt kun vand af høj kvalitet med mindre end 50 ppm klorid (parts per million). Postevand er normalt tilstrækkeligt og kan i nogle tilfælde tåle op til flere hundrede ppm klorid.
Det er vigtigt at udskifte badet regelmæssigt for at undgå tab af passiveringspotentiale, hvilket kan føre til overslag og beskadigede dele. Badet bør holdes ved den rette temperatur, da ujævne temperaturer kan forårsage lokal korrosion.
Det er vigtigt at opretholde en meget specifik tidsplan for opløsningsskift under høje produktionskørsler for at minimere risikoen for kontaminering. En kontrolprøve blev brugt til at teste badets effektivitet. Hvis prøven er angrebet, er det tid til at udskifte badet.
Angiv venligst, at visse maskiner kun fremstiller rustfrit stål; brug den samme foretrukne kølevæske til at skære i rustfrit stål, eksklusive alle andre metaller.
DO-stativdele behandles individuelt for at undgå metal-mod-metal-kontakt. Dette er især vigtigt for fribearbejdning af rustfrit stål, da fritflydende passiverings- og skylleopløsninger er nødvendige for at diffundere korrosionsprodukter i sulfider og undgå dannelse af syrelommer.
Passivér ikke dele af karbureret eller nitreret rustfrit stål. Korrosionsbestandigheden af ​​de dele, der er behandlet på denne måde, kan reduceres til et punkt, hvor de ville blive angrebet i passiveringsbadet.
Brug ikke jernholdige værktøjer i et værkstedsmiljø, der ikke er særlig rent. Stålkorn kan undgås ved at bruge hårdmetal- eller keramiske værktøjer.
Glem ikke, at der kan opstå korrosion i passiveringsbadet, hvis delen ikke varmebehandles korrekt. Martensitiske kvaliteter med højt kulstofindhold og højt kromindhold skal hærdes for at opnå korrosionsbestandighed.
Passivering udføres normalt efter efterfølgende anløbning ved hjælp af temperaturer, der opretholder korrosionsbestandighed.
Ignorer ikke salpetersyrekoncentrationen i passiveringsbadet. Regelmæssige kontroller bør udføres ved hjælp af den enkle titreringsprocedure, som Carpenter har angivet. Passivér ikke mere end ét rustfrit stål ad gangen. Dette forhindrer dyr forvirring og undgår galvaniske reaktioner.
Om forfatterne: Terry A. DeBold er specialist i forskning og udvikling af rustfri stållegeringer, og James W. Martin er stangmetallurg hos Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
I en verden med stadig strengere specifikationer for overfladefinish er simple "ruheds"-målinger stadig nyttige. Lad os se på, hvorfor overflademåling er vigtig, og hvordan det kan kontrolleres i værkstedet med sofistikerede bærbare målere.
Er du sikker på, at du har det bedste skær til denne drejeoperation? Tjek spånen, især hvis den ikke udføres. Spånens egenskaber kan fortælle dig meget.