Te has asegurado de que las piezas estén mecanizadas según las especificaciones. Ahora, asegúrate de haber tomado las medidas necesarias para proteger estas piezas en las condiciones que tus clientes esperan. #básico
La pasivación sigue siendo un paso fundamental para maximizar la resistencia básica a la corrosión de las piezas y conjuntos mecanizados de acero inoxidable. Puede marcar la diferencia entre un rendimiento satisfactorio y una falla prematura. Si se realiza incorrectamente, la pasivación puede incluso provocar corrosión.
La pasivación es un método posterior a la fabricación que maximiza la resistencia inherente a la corrosión de las aleaciones de acero inoxidable con las que se fabrica la pieza. No se trata de un tratamiento de desincrustación ni de un recubrimiento de pintura.
No existe un consenso general sobre el mecanismo preciso de cómo funciona la pasivación. Pero es seguro que hay una película de óxido protectora en la superficie del acero inoxidable pasivado. Se cree que esta película invisible es extremadamente delgada, de menos de 0,0000001 pulgadas de espesor, ¡aproximadamente 1/100.000 del espesor de un cabello humano!
Una pieza de acero inoxidable limpia, recién mecanizada, pulida o decapada, adquirirá automáticamente esta película de óxido debido a su exposición al oxígeno atmosférico. En condiciones ideales, esta capa protectora de óxido cubre por completo todas las superficies de la pieza.
En la práctica, sin embargo, contaminantes como la suciedad del taller o las partículas de hierro de las herramientas de corte pueden transferirse a la superficie de las piezas de acero inoxidable durante el mecanizado. Si no se eliminan, estos cuerpos extraños pueden reducir la eficacia de la película protectora original.
Durante el mecanizado, pequeñas cantidades de hierro libre pueden desprenderse de la herramienta y transferirse a la superficie de la pieza de acero inoxidable. En algunos casos, puede aparecer una fina capa de óxido en la pieza. En realidad, se trata de corrosión del acero causada por la herramienta, no del metal base. Ocasionalmente, las grietas formadas por partículas de acero incrustadas procedentes de las herramientas de corte o sus productos de corrosión pueden provocar la erosión de la propia pieza.
Asimismo, pequeñas partículas de suciedad ferrosa del taller pueden adherirse a la superficie de la pieza. Aunque el metal pueda parecer brillante en estado mecanizado, tras la exposición al aire, partículas invisibles de hierro libre pueden provocar la oxidación de la superficie.
Los sulfuros expuestos también pueden ser un problema. Se producen al añadir azufre al acero inoxidable para mejorar su maquinabilidad. Los sulfuros aumentan la capacidad de la aleación para formar virutas durante el mecanizado, las cuales pueden desprenderse por completo de la herramienta de corte. A menos que las piezas estén debidamente pasivadas, los sulfuros pueden convertirse en un punto de partida para la corrosión superficial en los productos manufacturados.
En ambos casos, se requiere pasivación para maximizar la resistencia natural a la corrosión del acero inoxidable. Esta elimina los contaminantes superficiales, como las partículas de suciedad ferrosa del taller y las partículas de hierro en las herramientas de corte, que pueden formar óxido o convertirse en un punto de partida para la corrosión. La pasivación también elimina los sulfuros expuestos en la superficie de las aleaciones de acero inoxidable de fácil mecanizado.
Un procedimiento de dos pasos proporciona la mejor resistencia a la corrosión: 1. Limpieza, un procedimiento básico pero a veces pasado por alto; 2. Baño ácido o tratamiento de pasivación.
La limpieza siempre debe ser una prioridad. Las superficies deben limpiarse a fondo de grasa, refrigerante u otros residuos del taller para lograr una óptima resistencia a la corrosión. Los residuos de mecanizado u otra suciedad del taller se pueden limpiar cuidadosamente de la pieza. Se pueden utilizar desengrasantes o limpiadores comerciales para eliminar aceites de proceso o refrigerantes. Es posible que sea necesario eliminar materia extraña, como óxidos térmicos, mediante métodos como el rectificado o el decapado.
En ocasiones, un operario puede omitir la limpieza básica, pensando erróneamente que la limpieza y la pasivación se producirán simultáneamente con solo sumergir una pieza cubierta de grasa en un baño de ácido. Esto no sucede. Por el contrario, la grasa contaminada reacciona con el ácido y forma burbujas de aire. Estas burbujas se acumulan en la superficie de la pieza e interfieren con la pasivación.
Para empeorar las cosas, la contaminación de las soluciones de pasivación, que a veces contienen altas concentraciones de cloruros, puede provocar un "grabado repentino". A diferencia de la obtención de la película de óxido deseada con una superficie brillante, limpia y resistente a la corrosión, el grabado repentino puede dar como resultado una superficie muy grabada u oscurecida, un deterioro de la superficie que la pasivación está diseñada para optimizar.
Las piezas fabricadas con acero inoxidable martensítico [magnético, moderadamente resistente a la corrosión, con un límite elástico de hasta aproximadamente 280 ksi (1930 MPa)] se endurecen a temperaturas elevadas y luego se templan para garantizar la dureza y las propiedades mecánicas deseadas. Las aleaciones endurecibles por precipitación, que tienen mayor resistencia y resistencia a la corrosión que las aleaciones martensíticas, pueden someterse a un tratamiento térmico de solución, mecanizarse parcialmente, envejecerse a temperaturas más bajas y, finalmente, acabarse.
En este caso, la pieza debe limpiarse a fondo con un desengrasante o limpiador para eliminar cualquier rastro de fluido de corte antes del tratamiento térmico. De lo contrario, el fluido de corte que quede en la pieza puede provocar una oxidación excesiva. Esta condición puede causar abolladuras en piezas de tamaño insuficiente después de que la cascarilla se haya eliminado con ácidos o métodos abrasivos. Si se permite que el fluido de corte permanezca en piezas endurecidas brillantes, como en un horno de vacío o en una atmósfera protectora, puede producirse una carburación superficial, lo que resulta en una pérdida de resistencia a la corrosión.
Tras una limpieza exhaustiva, las piezas de acero inoxidable pueden sumergirse en un baño de ácido pasivante. Se pueden utilizar tres métodos: pasivación con ácido nítrico, pasivación con ácido nítrico y dicromato de sodio, y pasivación con ácido cítrico. El método a utilizar depende del grado de acero inoxidable y de los criterios de aceptación especificados.
Los grados de cromo-níquel más resistentes a la corrosión se pueden pasivar en un baño de ácido nítrico al 20% (v/v) (Figura 1). Como se muestra en la tabla, el acero inoxidable menos resistente se puede pasivar agregando dicromato de sodio a un baño de ácido nítrico, lo que hace que la solución sea más oxidante y capaz de formar una película pasiva en la superficie del metal. Otra opción para reemplazar el ácido nítrico con cromato de sodio es aumentar la concentración de ácido nítrico al 50% en volumen. Tanto la adición de dicromato de sodio como la mayor concentración de ácido nítrico reducen la posibilidad de destello no deseado.
El procedimiento para pasivar aceros inoxidables de fácil mecanizado (que también se muestra en la Figura 1) es algo diferente al de los aceros inoxidables que no son de fácil mecanizado. Esto se debe a que, durante la pasivación en un baño típico de ácido nítrico, se eliminan algunos o todos los sulfuros de grado mecanizable que contienen azufre, lo que crea discontinuidades microscópicas en la superficie de la pieza mecanizada.
Incluso un enjuague con agua generalmente eficaz puede dejar residuos ácidos en estas discontinuidades después de la pasivación. Este ácido atacará la superficie de la pieza a menos que se neutralice o se elimine.
Para pasivar eficazmente el acero inoxidable fácilmente mecanizable, Carpenter ha desarrollado el proceso AAA (álcali-ácido-álcali), que neutraliza el ácido residual. Este método de pasivación se puede completar en menos de 2 horas. Aquí está el proceso paso a paso:
Después de desengrasar, sumerja las piezas en una solución de hidróxido de sodio al 5% a 71 °C a 82 °C durante 30 minutos. Luego, enjuague bien las piezas con agua. A continuación, sumerja la pieza durante 30 minutos en una solución de ácido nítrico al 20% (v/v) que contenga 22 g/l de dicromato de sodio a 49 °C a 60 °C. Después de retirar la pieza del baño, enjuáguela con agua y luego sumérjala en la solución de hidróxido de sodio durante otros 30 minutos. Enjuague la pieza nuevamente con agua y séquela, completando así el método AAA.
La pasivación con ácido cítrico es cada vez más popular entre los fabricantes que desean evitar el uso de ácidos minerales o soluciones que contengan dicromato de sodio, así como los problemas de eliminación y las mayores preocupaciones de seguridad asociadas con su uso. El ácido cítrico se considera respetuoso con el medio ambiente en todos los sentidos.
Si bien la pasivación con ácido cítrico ofrece atractivas ventajas medioambientales, los talleres que han tenido éxito con la pasivación con ácido inorgánico y no tienen problemas de seguridad pueden optar por seguir utilizando este método. Si estos usuarios cuentan con un taller limpio, equipos bien mantenidos y limpios, refrigerante libre de residuos ferrosos y un proceso que produce buenos resultados, es posible que no haya necesidad real de realizar cambios.
Se ha comprobado que la pasivación en un baño de ácido cítrico es útil para una amplia gama de aceros inoxidables, incluyendo varios grados individuales de acero inoxidable, como se muestra en la Figura 2. Para mayor comodidad, se incluye el método tradicional de pasivación con ácido nítrico de la Figura 1. Tenga en cuenta que las formulaciones antiguas de ácido nítrico se expresan en porcentaje en volumen, mientras que las concentraciones más recientes de ácido cítrico se expresan en porcentaje en peso. Es importante tener en cuenta que, al implementar estos procedimientos, es fundamental equilibrar cuidadosamente el tiempo de inmersión, la temperatura del baño y la concentración para evitar el "efecto de destello" descrito anteriormente.
Los tratamientos de pasivación varían según el contenido de cromo y las características de mecanizado de cada grado. Observe las columnas que hacen referencia al Proceso 1 o al Proceso 2. Como se muestra en la Figura 3, el Proceso 1 implica menos pasos que el Proceso 2.
Las pruebas de laboratorio han demostrado que el proceso de pasivación con ácido cítrico es más propenso a la corrosión instantánea que el proceso con ácido nítrico. Entre los factores que contribuyen a este ataque se incluyen una temperatura del baño demasiado alta, un tiempo de inmersión demasiado prolongado y la contaminación del baño. Existen en el mercado productos de ácido cítrico que contienen inhibidores de corrosión y otros aditivos, como agentes humectantes, y se ha informado que reducen la susceptibilidad a la corrosión instantánea.
La elección final del método de pasivación dependerá de los criterios de aceptación impuestos por el cliente. Consulte la norma ASTM A967 para obtener más detalles. Puede acceder a ella en www.astm.org.
A menudo se realizan pruebas para evaluar la superficie de las piezas pasivadas. La pregunta que hay que responder es: "¿La pasivación elimina el hierro libre y optimiza la resistencia a la corrosión de los grados de fácil mecanizado?".
Es importante que el método de prueba se ajuste al grado que se está evaluando. Las pruebas demasiado estrictas harán que materiales en perfecto estado no sean aceptados, mientras que las pruebas demasiado laxas aprobarán piezas defectuosas.
Los aceros inoxidables de la serie 400, endurecibles por precipitación y de fácil mecanizado, se evalúan mejor en una cámara capaz de mantener una humedad del 100 % (muestras húmedas) durante 24 horas a 35 °C (95 °F). La sección transversal suele ser la superficie más crítica, especialmente para los grados de fácil mecanizado. Una razón para ello es que el sulfuro se alarga en la dirección de la máquina, intersectando esta superficie.
Las superficies críticas deben colocarse hacia arriba, pero con una inclinación de 15 a 20 grados con respecto a la vertical para permitir la pérdida de humedad. Un material debidamente pasivado difícilmente se oxidará, aunque puede presentar algunas manchas leves.
Los aceros inoxidables austeníticos también pueden evaluarse mediante pruebas de humedad. Al realizar esta prueba, deberían aparecer gotas de agua en la superficie de la muestra, lo que indica la presencia de hierro libre debido a la presencia de óxido.
Los procedimientos para la pasivación de aceros inoxidables de fácil mecanizado y de difícil mecanizado de uso común en soluciones de ácido cítrico o nítrico requieren procesos diferentes. La figura 3 a continuación proporciona detalles sobre la selección del proceso.
(a) Ajustar el pH con hidróxido de sodio. (b) Ver Figura 3. (c) Na2Cr2O7 representa 3 oz/galón (22 g/l) de dicromato de sodio en ácido nítrico al 20%. Una alternativa a esta mezcla es ácido nítrico al 50% sin dicromato de sodio.
Un método más rápido consiste en utilizar la solución descrita en la norma ASTM A380, "Práctica estándar para la limpieza, desincrustación y pasivación de piezas, equipos y sistemas de acero inoxidable". La prueba consiste en limpiar la pieza con una solución de sulfato de cobre y ácido sulfúrico, mantenerla húmeda durante 6 minutos y observar si se produce un recubrimiento de cobre. Como alternativa, la pieza puede sumergirse en la solución durante 6 minutos. Si el hierro se disuelve, se produce un recubrimiento de cobre. Esta prueba no debe utilizarse en superficies de piezas para procesamiento de alimentos. Tampoco debe utilizarse en aceros martensíticos de la serie 400 ni en aceros ferríticos con bajo contenido de cromo, ya que pueden producirse falsos positivos.
Históricamente, la prueba de niebla salina al 5% a 35 °C (95 °F) también se ha utilizado para evaluar muestras pasivadas. Esta prueba es demasiado rigurosa para algunos grados y, por lo general, no es necesaria para confirmar que la pasivación sea efectiva.
Evite el uso excesivo de cloruros, ya que pueden provocar ataques repentinos dañinos. Si es posible, utilice únicamente agua de alta calidad con menos de 50 partes por millón (ppm) de cloruro. El agua del grifo suele ser suficiente y, en algunos casos, puede tolerar hasta varios cientos de ppm de cloruro.
Es importante reemplazar el baño regularmente para evitar la pérdida de potencial de pasivación, que puede provocar descargas eléctricas y daños en las piezas. El baño debe mantenerse a la temperatura adecuada, ya que las temperaturas excesivas pueden causar corrosión localizada.
Es importante mantener un programa de cambio de solución muy específico durante las series de producción de alta intensidad para minimizar el riesgo de contaminación. Se utilizó una muestra de control para comprobar la eficacia del baño. Si la muestra se ve afectada, es necesario reemplazar el baño.
Por favor, especifique que ciertas máquinas solo fabrican acero inoxidable; utilice el mismo refrigerante preferido para cortar acero inoxidable, excluyendo todos los demás metales.
Las piezas de la estructura de soporte se tratan individualmente para evitar el contacto metal con metal. Esto es especialmente importante para el acero inoxidable de fácil mecanizado, ya que se requieren soluciones de pasivación y lavado fluidas para difundir los productos de corrosión en los sulfuros y evitar la formación de bolsas de ácido.
No se deben pasivar las piezas de acero inoxidable carburizado o nitrurado. La resistencia a la corrosión de las piezas tratadas de esta manera puede reducirse hasta el punto de que serían atacadas en el baño de pasivación.
No utilice herramientas ferrosas en un taller que no esté especialmente limpio. Se puede evitar la presencia de partículas de acero utilizando herramientas de carburo o cerámica.
No olvide que puede producirse corrosión en el baño de pasivación si la pieza no recibe el tratamiento térmico adecuado. Los aceros martensíticos con alto contenido de carbono y cromo deben endurecerse para que sean resistentes a la corrosión.
La pasivación se suele llevar a cabo después de un posterior revenido a temperaturas que mantengan la resistencia a la corrosión.
No ignore la concentración de ácido nítrico en el baño de pasivación. Realice comprobaciones periódicas utilizando el sencillo procedimiento de titulación proporcionado por Carpenter. No pasiva más de un acero inoxidable a la vez. Esto evita confusiones costosas y previene reacciones galvánicas.
Acerca de los autores: Terry A. DeBold es especialista en investigación y desarrollo de aleaciones de acero inoxidable y James W. Martin es metalúrgico de barras en Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
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