Sie haben sichergestellt, dass die Teile den Spezifikationen entsprechend bearbeitet werden. Stellen Sie nun sicher, dass Sie Maßnahmen ergriffen haben, um diese Teile unter den von Ihren Kunden erwarteten Bedingungen zu schützen.#basic
Die Passivierung ist nach wie vor ein entscheidender Schritt zur Maximierung der grundlegenden Korrosionsbeständigkeit von rostfreien bearbeiteten Teilen und Baugruppen. Sie kann den Unterschied zwischen zufriedenstellender Leistung und vorzeitigem Ausfall ausmachen. Bei unsachgemäßer Ausführung kann die Passivierung tatsächlich Korrosion verursachen.
Passivierung ist ein Verfahren nach der Fertigung, das die inhärente Korrosionsbeständigkeit der Edelstahllegierungen, aus denen das Werkstück besteht, maximiert. Es handelt sich weder um eine Entzunderungsbehandlung noch um eine Farbbeschichtung.
Es besteht kein allgemeiner Konsens über den genauen Mechanismus der Passivierung. Sicher ist jedoch, dass sich auf der Oberfläche von passiviertem Edelstahl ein schützender Oxidfilm befindet. Dieser unsichtbare Film ist vermutlich extrem dünn, weniger als 0,0000001 Zoll dick, also etwa 1/100.000 der Dicke eines menschlichen Haares!
Ein sauberes, neu bearbeitetes, poliertes oder gebeiztes Edelstahlteil erhält aufgrund der Einwirkung von Luftsauerstoff automatisch diesen Oxidfilm. Unter idealen Bedingungen bedeckt diese schützende Oxidschicht alle Oberflächen des Teils vollständig.
In der Praxis können jedoch bei der Bearbeitung Verunreinigungen wie Werkstattschmutz oder Eisenpartikel von Schneidwerkzeugen auf die Oberfläche von Edelstahlteilen gelangen. Werden diese Fremdkörper nicht entfernt, können sie die Wirksamkeit des ursprünglichen Schutzfilms beeinträchtigen.
Während der Bearbeitung können Spuren von freiem Eisen das Werkzeug abnutzen und auf die Oberfläche des Edelstahlwerkstücks übertragen werden. In einigen Fällen kann sich auf dem Teil eine dünne Rostschicht bilden. Dabei handelt es sich tatsächlich um Korrosion des Stahls durch das Werkzeug und nicht des Grundmetalls. Gelegentlich können in Spalten eingebettete Stahlpartikel von Schneidwerkzeugen oder deren Korrosionsprodukten zu einer Erosion des Teils selbst führen.
Ebenso können kleine Partikel eisenhaltigen Werkstattschmutzes an der Oberfläche des Teils haften bleiben. Obwohl Metall im bearbeiteten Zustand glänzend erscheinen kann, können unsichtbare Partikel aus freiem Eisen nach Kontakt mit Luft zu Oberflächenrost führen.
Auch freiliegende Sulfide können ein Problem darstellen. Sie entstehen durch die Zugabe von Schwefel zu Edelstahl, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern. Sulfide erhöhen die Fähigkeit der Legierung, bei der Bearbeitung Späne zu bilden, die vom Schneidwerkzeug vollständig abgeschält werden können. Wenn Teile nicht richtig passiviert werden, können Sulfide zu einem Ausgangspunkt für Oberflächenkorrosion an Fertigprodukten werden.
In beiden Fällen ist eine Passivierung erforderlich, um die natürliche Korrosionsbeständigkeit des Edelstahls zu maximieren. Dabei werden Oberflächenverunreinigungen wie eisenhaltige Werkstattschmutzpartikel und Eisenpartikel in Schneidwerkzeugen entfernt, die Rost bilden oder einen Ausgangspunkt für Korrosion darstellen können. Durch die Passivierung werden außerdem Sulfide entfernt, die auf der Oberfläche von Automaten-Edelstahllegierungen freiliegen.
Ein zweistufiges Verfahren bietet die beste Korrosionsbeständigkeit: 1. Reinigen, ein grundlegendes, aber manchmal übersehenes Verfahren; 2. Säurebad oder Passivierungsbehandlung.
Die Reinigung sollte immer Priorität haben. Für optimale Korrosionsbeständigkeit müssen Oberflächen gründlich von Fett, Kühlmittel oder anderen Werkstattrückständen gereinigt werden. Bearbeitungsrückstände oder anderer Werkstattschmutz können sorgfältig vom Teil abgewischt werden. Handelsübliche Entfetter oder Reiniger können zum Entfernen von Prozessölen oder Kühlmitteln verwendet werden. Fremdkörper wie thermische Oxide müssen möglicherweise durch Methoden wie Schleifen oder Beizen entfernt werden.
Manchmal überspringt ein Maschinenbediener die Grundreinigung, weil er fälschlicherweise annimmt, dass Reinigung und Passivierung gleichzeitig erfolgen, wenn man ein fetthaltiges Teil einfach in ein Säurebad taucht. Das passiert nicht. Im Gegenteil, verunreinigtes Fett reagiert mit Säure und es bilden sich Luftblasen. Diese Blasen sammeln sich auf der Werkstückoberfläche und stören die Passivierung.
Erschwerend kommt hinzu, dass Verunreinigungen der Passivierungslösungen, die manchmal hohe Chloridkonzentrationen enthalten, zu „Flashing“ führen können. Im Gegensatz zum Erhalten des gewünschten Oxidfilms mit einer glänzenden, sauberen, korrosionsbeständigen Oberfläche kann Flash-Ätzen zu einer stark geätzten oder dunklen Oberfläche führen – eine Oberflächenverschlechterung, die durch Passivierung optimiert werden soll.
Teile aus martensitischem Edelstahl [magnetisch, mäßig korrosionsbeständig, Streckgrenze bis ca. 280 ksi (1930 MPa)] werden bei erhöhten Temperaturen gehärtet und dann angelassen, um die gewünschte Härte und die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Ausscheidungshärtbare Legierungen, die eine bessere Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit als martensitische Legierungen aufweisen, können lösungsgeglüht, teilweise bearbeitet, bei niedrigeren Temperaturen gealtert und dann fertiggestellt werden.
In diesem Fall muss das Teil vor der Wärmebehandlung gründlich mit einem Entfetter oder Reiniger gereinigt werden, um alle Spuren von Schneidflüssigkeit zu entfernen. Andernfalls kann die auf dem Teil verbleibende Schneidflüssigkeit zu übermäßiger Oxidation führen. Dieser Zustand kann dazu führen, dass untergroße Teile Dellen bekommen, nachdem der Zunder mit Säure- oder Schleifmethoden entfernt wurde. Bleibt Schneidflüssigkeit auf blanken, gehärteten Teilen zurück, beispielsweise in einem Vakuumofen oder einer Schutzatmosphäre, kann es zu einer Aufkohlung der Oberfläche kommen, was zu einem Verlust der Korrosionsbeständigkeit führt.
Nach einer gründlichen Reinigung können die Edelstahlteile in ein passivierendes Säurebad getaucht werden. Dabei stehen drei Methoden zur Verfügung: Passivierung mit Salpetersäure, Passivierung mit Salpetersäure und Natriumdichromat sowie Passivierung mit Zitronensäure. Welche Methode verwendet wird, hängt von der Edelstahlsorte und den angegebenen Abnahmekriterien ab.
Korrosionsbeständigere Chrom-Nickel-Sorten können in einem 20 %igen (v/v) Salpetersäurebad passiviert werden (Abbildung 1). Wie aus der Tabelle hervorgeht, kann weniger beständiger Edelstahl durch Zugabe von Natriumdichromat zu einem Salpetersäurebad passiviert werden. Dadurch wird die Lösung oxidierender und kann einen passiven Film auf der Metalloberfläche bilden. Eine weitere Möglichkeit, Salpetersäure durch Natriumchromat zu ersetzen, besteht darin, die Salpetersäurekonzentration auf 50 % (Vol.) zu erhöhen. Sowohl die Zugabe von Natriumdichromat als auch die höhere Salpetersäurekonzentration verringern die Wahrscheinlichkeit unerwünschter Grate.
Das Verfahren zum Passivieren von Automatenstahl (ebenfalls in Abbildung 1 dargestellt) unterscheidet sich etwas von dem für nicht Automatenstahl. Dies liegt daran, dass bei der Passivierung in einem typischen Salpetersäurebad einige oder alle schwefelhaltigen Sulfide der Automatenstahlsorte entfernt werden, wodurch mikroskopische Unstetigkeiten auf der Oberfläche des bearbeiteten Teils entstehen.
Selbst eine im Allgemeinen wirksame Wasserspülung kann nach der Passivierung Säurerückstände in diesen Diskontinuitäten hinterlassen. Diese Säure greift dann die Oberfläche des Teils an, wenn sie nicht neutralisiert oder entfernt wird.
Um leicht bearbeitbaren Edelstahl effektiv zu passivieren, hat Carpenter das AAA-Verfahren (Alkali-Säure-Alkali) entwickelt, das Restsäure neutralisiert. Diese Passivierungsmethode kann in weniger als 2 Stunden abgeschlossen werden. Hier ist der schrittweise Prozess:
Weichen Sie die Teile nach dem Entfetten 30 Minuten lang in einer 5%igen Natriumhydroxidlösung bei 71 °C bis 82 °C ein. Spülen Sie die Teile anschließend gründlich mit Wasser ab. Tauchen Sie das Teil anschließend 30 Minuten lang in eine 20%ige (v/v) Salpetersäurelösung mit 22 g/l Natriumdichromat bei 49 °C bis 60 °C. Nachdem Sie das Teil aus dem Bad genommen haben, spülen Sie es mit Wasser ab und tauchen Sie es weitere 30 Minuten in die Natriumhydroxidlösung. Spülen Sie das Teil erneut mit Wasser ab und trocknen Sie es. Damit ist die AAA-Methode abgeschlossen.
Die Passivierung mit Zitronensäure erfreut sich bei Herstellern zunehmender Beliebtheit, die den Einsatz von Mineralsäuren oder Natriumdichromat-haltigen Lösungen sowie die damit verbundenen Entsorgungsprobleme und größeren Sicherheitsbedenken vermeiden möchten. Zitronensäure gilt in jeder Hinsicht als umweltfreundlich.
Obwohl die Passivierung mit Zitronensäure attraktive Umweltvorteile bietet, möchten Werkstätten, die bereits gute Erfahrungen mit der Passivierung mit anorganischen Säuren gemacht haben und keine Sicherheitsbedenken haben, möglicherweise diesen Kurs beibehalten. Wenn diese Anwender über eine saubere Werkstatt, gut gewartete und saubere Geräte, ein Kühlmittel ohne eisenhaltige Verschmutzungen und einen Prozess verfügen, der gute Ergebnisse liefert, besteht möglicherweise kein wirklicher Bedarf für Änderungen.
Die Passivierung in einem Zitronensäurebad hat sich für eine große Bandbreite rostfreier Stähle, darunter mehrere einzelne rostfreie Stahlsorten, als nützlich erwiesen, wie in Abbildung 2 gezeigt. Der Einfachheit halber ist die traditionelle Passivierungsmethode mit Salpetersäure in Abbildung 1 enthalten. Beachten Sie, dass ältere Salpetersäureformulierungen in Volumenprozent ausgedrückt werden, während neuere Zitronensäurekonzentrationen in Gewichtsprozent angegeben werden. Es ist wichtig zu beachten, dass bei der Implementierung dieser Verfahren ein sorgfältiges Ausbalancieren von Einweichzeit, Badtemperatur und Konzentration entscheidend ist, um das zuvor beschriebene „Aufblitzen“ zu vermeiden.
Passivierungsbehandlungen variieren je nach Chromgehalt und Bearbeitungseigenschaften der einzelnen Güten. Beachten Sie die Spalten, die sich entweder auf Prozess 1 oder Prozess 2 beziehen. Wie in Abbildung 3 gezeigt, umfasst Prozess 1 weniger Schritte als Prozess 2.
Labortests haben gezeigt, dass das Passivierungsverfahren mit Zitronensäure anfälliger für „Blitzkorrosion“ ist als das Verfahren mit Salpetersäure. Zu den Faktoren, die zu diesem Angriff beitragen, zählen eine zu hohe Badtemperatur, eine zu lange Einweichzeit und Badverunreinigungen. Im Handel sind Zitronensäureprodukte erhältlich, die Korrosionsinhibitoren und andere Additive wie Netzmittel enthalten und die Anfälligkeit für „Blitzkorrosion“ verringern sollen.
Die endgültige Wahl der Passivierungsmethode hängt von den vom Kunden festgelegten Abnahmekriterien ab. Einzelheiten finden Sie in ASTM A967. Der Zugriff ist unter www.astm.org möglich.
Zur Bewertung der Oberfläche passivierter Teile werden häufig Tests durchgeführt. Die zu beantwortende Frage lautet: „Entfernt die Passivierung freies Eisen und optimiert sie die Korrosionsbeständigkeit von Automatensorten?“
Es ist wichtig, dass die Testmethode der zu bewertenden Klasse entspricht. Bei zu strengen Tests werden einwandfreie Materialien durchfallen, während bei zu lockeren Tests nur unzureichende Teile durchkommen.
Ausscheidungshärtende und frei bearbeitbare Edelstähle der 400er-Serie lassen sich am besten in einem Schrank beurteilen, in dem eine Luftfeuchtigkeit von 100 % (nasse Proben) 24 Stunden lang bei 35 °C (95 °F) aufrechterhalten werden kann. Der Querschnitt ist häufig die kritischste Oberfläche, insbesondere bei Automatensorten. Ein Grund dafür ist, dass das Sulfid in Maschinenrichtung verlängert ist und diese Oberfläche schneidet.
Kritische Oberflächen sollten nach oben, jedoch in einem Winkel von 15 bis 20 Grad zur Senkrechten angebracht werden, um Feuchtigkeitsverlust zu berücksichtigen. Ordnungsgemäß passiviertes Material rostet kaum, kann jedoch leichte Flecken aufweisen.
Austenitische Edelstahlsorten können auch durch Feuchtigkeitstests bewertet werden. Bei einem solchen Test sollten Wassertropfen auf der Oberfläche der Probe vorhanden sein, die durch das Vorhandensein von Rost auf freies Eisen hinweisen.
Die Verfahren zum Passivieren häufig verwendeter Automaten- und Nichtautomaten-Edelstähle in Zitronen- oder Salpetersäurelösungen erfordern unterschiedliche Prozesse. Abbildung 3 unten enthält Einzelheiten zur Prozessauswahl.
(a) pH-Wert mit Natriumhydroxid einstellen. (b) Siehe Abbildung 3. (c) Na2Cr2O7 entspricht 3 oz/Gallone (22 g/l) Natriumdichromat in 20%iger Salpetersäure. Eine Alternative zu dieser Mischung ist 50%ige Salpetersäure ohne Natriumdichromat.
Eine schnellere Methode ist die Verwendung der Lösung in ASTM A380, „Standardverfahren zum Reinigen, Entkalken und Passivieren von Teilen, Geräten und Systemen aus Edelstahl“. Der Test besteht darin, das Teil mit einer Kupfersulfat-/Schwefelsäurelösung abzuwischen, es 6 Minuten lang feucht zu halten und auf Kupferbeschichtung zu achten. Alternativ kann das Teil 6 Minuten lang in die Lösung eingetaucht werden. Wenn sich das Eisen auflöst, entsteht Kupferbeschichtung. Dieser Test sollte nicht auf Oberflächen von Teilen für die Lebensmittelverarbeitung verwendet werden. Außerdem sollte er nicht für martensitische Stähle der 400er-Serie oder ferritische Stähle mit niedrigem Chromgehalt verwendet werden, da die Möglichkeit falsch positiver Ergebnisse besteht.
In der Vergangenheit wurde zur Bewertung passivierter Proben auch der 5 %-Salzsprühtest bei 35 °C (95 °F) verwendet. Dieser Test ist für einige Sorten zu streng und im Allgemeinen nicht erforderlich, um die Wirksamkeit der Passivierung zu bestätigen.
Vermeiden Sie die Verwendung von überschüssigem Chlorid, da dies zu schädlichen Blitzeinschlägen führen kann. Verwenden Sie nach Möglichkeit nur hochwertiges Wasser mit weniger als 50 ppm Chlorid. Leitungswasser ist normalerweise ausreichend und verträgt in manchen Fällen bis zu mehreren hundert ppm Chlorid.
Es ist wichtig, das Bad regelmäßig auszutauschen, um einen Verlust des Passivierungspotenzials zu vermeiden, der zu Überschlägen und beschädigten Teilen führen kann. Das Bad sollte auf der richtigen Temperatur gehalten werden, da unkontrollierte Temperaturen lokale Korrosion verursachen können.
Um das Kontaminationsrisiko zu minimieren, ist es wichtig, bei hohen Produktionsmengen einen genau festgelegten Plan für den Lösungswechsel einzuhalten. Die Wirksamkeit des Bades wurde anhand einer Kontrollprobe getestet. Ist die Probe angegriffen, muss das Bad ausgetauscht werden.
Bitte geben Sie an, dass bestimmte Maschinen nur Edelstahl herstellen. Verwenden Sie zum Schneiden von Edelstahl dasselbe bevorzugte Kühlmittel, ausgenommen alle anderen Metalle.
DO-Gestellteile werden einzeln behandelt, um Metall-Metall-Kontakt zu vermeiden. Dies ist besonders wichtig für die Bearbeitung von rostfreiem Stahl, da frei fließende Passivierungs- und Spüllösungen erforderlich sind, um Korrosionsprodukte in Sulfiden zu verteilen und die Bildung von Säuretaschen zu vermeiden.
Passivieren Sie keine aufgekohlten oder nitrierten Edelstahlteile. Die Korrosionsbeständigkeit der so behandelten Teile kann soweit reduziert sein, dass sie im Passivierungsbad angegriffen würden.
Verwenden Sie keine Eisenwerkzeuge in einer Werkstattumgebung, die nicht besonders sauber ist. Stahlsplitt kann durch die Verwendung von Hartmetall- oder Keramikwerkzeugen vermieden werden.
Vergessen Sie nicht, dass es im Passivierungsbad zu Korrosion kommen kann, wenn das Teil nicht richtig wärmebehandelt wird. Martensitische Güten mit hohem Kohlenstoff- und Chromgehalt müssen gehärtet werden, um Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten.
Die Passivierung erfolgt üblicherweise nach anschließendem Anlassen bei korrosionsbeständigen Temperaturen.
Ignorieren Sie nicht die Salpetersäurekonzentration im Passivierungsbad. Regelmäßige Kontrollen sollten mit dem einfachen Titrationsverfahren von Carpenter durchgeführt werden. Passivieren Sie nicht mehr als einen Edelstahl gleichzeitig. Dies verhindert kostspielige Verwechslungen und galvanische Reaktionen.
Über die Autoren: Terry A. DeBold ist Spezialist für Forschung und Entwicklung im Bereich Edelstahllegierungen und James W. Martin ist Stabmetallurge bei Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
In einer Welt mit immer strengeren Spezifikationen für die Oberflächenbeschaffenheit sind einfache Rauheitsmessungen noch immer nützlich. Sehen wir uns an, warum Oberflächenmessungen wichtig sind und wie sie in der Werkstatt mit hochentwickelten tragbaren Messgeräten überprüft werden können.
Sind Sie sicher, dass Sie für diesen Drehvorgang die beste Wendeschneidplatte haben? Überprüfen Sie den Span, insbesondere wenn er unbeaufsichtigt bleibt. Die Spaneigenschaften können Ihnen viel sagen.