شما تأیید کرده‌اید که قطعات مطابق مشخصات تولید شده‌اند. اکنون مطمئن شوید که برای محافظت از این قطعات در محیطی که مشتریانتان انتظار دارند، اقداماتی انجام می‌دهید. #base
غیرفعال‌سازی همچنان گامی مهم در به حداکثر رساندن مقاومت در برابر خوردگی قطعات و مجموعه‌های ساخته شده از فولاد ضد زنگ است. این می‌تواند تفاوت بین عملکرد رضایت‌بخش و خرابی زودرس را ایجاد کند. غیرفعال‌سازی نادرست می‌تواند باعث خوردگی شود.
غیرفعال‌سازی (یا پسیواسیون) یک تکنیک پس از ساخت است که مقاومت خوردگی ذاتی آلیاژهای فولاد ضد زنگی که قطعه کار از آنها ساخته شده است را به حداکثر می‌رساند. این کار رسوب‌زدایی یا رنگ‌آمیزی نیست.
هیچ اجماعی در مورد مکانیسم دقیق عملکرد غیرفعال‌سازی وجود ندارد. اما مطمئناً مشخص است که یک لایه اکسید محافظ روی سطح فولاد ضد زنگ غیرفعال شده وجود دارد. گفته می‌شود این لایه نامرئی بسیار نازک است و ضخامتی کمتر از 0.0000001 اینچ دارد که تقریباً 1/100000 ضخامت موی انسان است!
یک قطعه فولاد ضد زنگ تمیز، تازه ماشینکاری شده، صیقل داده شده یا اسیدشویی شده، به دلیل قرار گرفتن در معرض اکسیژن هوا، به طور خودکار این لایه اکسید را به دست می‌آورد. در شرایط ایده‌آل، این لایه اکسید محافظ به طور کامل تمام سطوح قطعه را می‌پوشاند.
با این حال، در عمل، آلاینده‌هایی مانند گرد و غبار کارخانه یا ذرات آهن از ابزارهای برش می‌توانند در طول پردازش روی سطح قطعات فولادی ضد زنگ قرار گیرند. اگر این اجسام خارجی برداشته نشوند، ممکن است اثربخشی فیلم محافظ اصلی را کاهش دهند.
در حین ماشینکاری، ممکن است آثار آهن آزاد از ابزار جدا شده و به سطح قطعه کار از جنس فولاد ضد زنگ منتقل شود. در برخی موارد، ممکن است یک لایه نازک زنگ زدگی روی قطعه ظاهر شود. در واقع، این خوردگی فولاد ابزار است، نه فلز پایه. گاهی اوقات ترک‌های ناشی از ذرات فولادی فرو رفته از ابزارهای برش یا محصولات خوردگی آنها می‌تواند خود قطعه را فرسایش دهد.
به طور مشابه، ذرات کوچک آلودگی متالورژی آهنی می‌توانند به سطح قطعه بچسبند. اگرچه فلز ممکن است در حالت نهایی خود براق به نظر برسد، اما پس از قرار گرفتن در معرض هوا، ذرات نامرئی آهن آزاد می‌توانند باعث زنگ‌زدگی سطحی شوند.
سولفیدهای در معرض نیز می‌توانند مشکل‌ساز باشند. آن‌ها با افزودن گوگرد به فولاد ضد زنگ برای بهبود قابلیت ماشینکاری ساخته می‌شوند. سولفیدها توانایی آلیاژ را برای تشکیل براده در حین ماشینکاری افزایش می‌دهند که می‌تواند به طور کامل از ابزار برش جدا شود. اگر قطعات به درستی غیرفعال نشوند، سولفیدها می‌توانند نقطه شروع خوردگی سطحی محصولات صنعتی شوند.
در هر دو مورد، برای به حداکثر رساندن مقاومت خوردگی طبیعی فولاد ضد زنگ، غیرفعال‌سازی لازم است. این کار آلاینده‌های سطحی مانند ذرات آهن و ذرات آهن موجود در ابزارهای برش را که می‌توانند زنگ‌زدگی ایجاد کنند یا به نقطه شروع خوردگی تبدیل شوند، از بین می‌برد. غیرفعال‌سازی همچنین سولفیدهای موجود در سطح آلیاژهای فولاد ضد زنگ برش خورده را از بین می‌برد.
یک روش دو مرحله‌ای بهترین مقاومت در برابر خوردگی را فراهم می‌کند: ۱. تمیز کردن، روش اصلی، اما گاهی اوقات نادیده گرفته می‌شود ۲. حمام اسیدی یا غیرفعال‌سازی.
تمیز کردن همیشه باید در اولویت باشد. سطوح باید کاملاً از گریس، مایع خنک‌کننده یا سایر آلودگی‌ها تمیز شوند تا مقاومت بهینه در برابر خوردگی تضمین شود. بقایای ماشینکاری یا سایر آلودگی‌های کارخانه را می‌توان به آرامی از روی قطعه پاک کرد. می‌توان از چربی‌زداها یا پاک‌کننده‌های تجاری برای از بین بردن روغن‌های فرآیند یا خنک‌کننده‌ها استفاده کرد. مواد خارجی مانند اکسیدهای حرارتی ممکن است نیاز به حذف با روش‌هایی مانند سنگ‌زنی یا اسیدشویی داشته باشند.
گاهی اوقات اپراتور دستگاه ممکن است از تمیز کردن اولیه صرف نظر کند، به اشتباه باور دارد که تمیز کردن و غیرفعال سازی همزمان با غوطه ور کردن قطعه روغن کاری شده در حمام اسید انجام می شود. اما این اتفاق نخواهد افتاد. برعکس، گریس آلوده با اسید واکنش داده و حباب های هوا تشکیل می دهد. این حباب ها روی سطح قطعه کار جمع می شوند و در غیرفعال سازی اختلال ایجاد می کنند.
بدتر از آن، آلودگی محلول‌های غیرفعال‌سازی، که گاهی اوقات حاوی غلظت بالایی از کلریدها هستند، می‌تواند باعث "فلش" شود. برخلاف تولید لایه اکسیدی مطلوب با سطحی براق، تمیز و مقاوم در برابر خوردگی، اچینگ فلش می‌تواند منجر به اچینگ شدید یا سیاه شدن سطح شود - تخریب سطحی که غیرفعال‌سازی برای بهینه‌سازی آن طراحی شده است.
قطعات فولاد ضد زنگ مارتنزیتی [مغناطیسی، مقاوم در برابر خوردگی متوسط، استحکام تسلیم تا حدود 280 هزار psi (1930 مگاپاسکال)] در دماهای بالا کوئنچ شده و سپس برای دستیابی به سختی و خواص مکانیکی مطلوب، تمپر می‌شوند. آلیاژهای رسوب سخت شده (که استحکام و مقاومت خوردگی بهتری نسبت به گریدهای مارتنزیتی دارند) را می‌توان تحت عملیات محلول‌سازی، ماشینکاری جزئی، پیرسازی در دماهای پایین‌تر و سپس پرداخت نهایی قرار داد.
در این حالت، قطعه باید قبل از عملیات حرارتی با یک چربی‌زدا یا پاک‌کننده کاملاً تمیز شود تا هرگونه اثری از سیال برش از بین برود. در غیر این صورت، مایع خنک‌کننده باقی‌مانده روی قطعه ممکن است باعث اکسیداسیون بیش از حد شود. این وضعیت می‌تواند باعث ایجاد فرورفتگی روی قطعات کوچکتر پس از رسوب‌زدایی با اسید یا روش‌های ساینده شود. اگر مایع خنک‌کننده روی قطعات سخت‌شده براق، مانند کوره خلاء یا در اتمسفر محافظ، باقی بماند، ممکن است کربوریزاسیون سطحی رخ دهد و در نتیجه مقاومت در برابر خوردگی از بین برود.
پس از تمیزکاری کامل، قطعات فولاد ضد زنگ را می‌توان در حمام اسید غیرفعال‌کننده غوطه‌ور کرد. هر یک از سه روش را می‌توان استفاده کرد - غیرفعال‌سازی با اسید نیتریک، غیرفعال‌سازی با اسید نیتریک با دی‌کرومات سدیم و غیرفعال‌سازی با اسید سیتریک. اینکه از کدام روش استفاده شود به درجه فولاد ضد زنگ و معیارهای پذیرش مشخص شده بستگی دارد.
گریدهای نیکل-کروم مقاوم‌تر در برابر خوردگی را می‌توان در حمام اسید نیتریک با غلظت 20% (حجمی/حجمی) غیرفعال کرد (شکل 1). همانطور که در جدول نشان داده شده است، فولادهای ضد زنگ با مقاومت کمتر را می‌توان با افزودن دی‌کرومات سدیم به حمام اسید نیتریک غیرفعال کرد تا محلول اکسیدکننده‌تر شود و بتواند یک لایه غیرفعال‌کننده روی سطح فلز تشکیل دهد. گزینه دیگر برای جایگزینی اسید نیتریک با کرومات سدیم، افزایش غلظت اسید نیتریک به 50% حجمی است. هم افزودن دی‌کرومات سدیم و هم غلظت بالاتر اسید نیتریک، احتمال جرقه ناخواسته را کاهش می‌دهد.
روش غیرفعال‌سازی برای فولادهای زنگ نزن قابل ماشینکاری (که در شکل 1 نیز نشان داده شده است) کمی با روش فولادهای زنگ نزن غیرقابل ماشینکاری متفاوت است. دلیل این امر آن است که در طول غیرفعال‌سازی در حمام اسید نیتریک، مقداری یا تمام سولفیدهای حاوی گوگرد قابل ماشینکاری حذف می‌شوند و ناهمگنی‌های میکروسکوپی روی سطح قطعه کار ایجاد می‌کنند.
حتی شستشوی مؤثر با آب نیز می‌تواند پس از غیرفعال‌سازی، اسید باقیمانده را در این ناپیوستگی‌ها باقی بگذارد. این اسید در صورت خنثی نشدن یا حذف نشدن، به سطح قطعه حمله می‌کند.
برای غیرفعال‌سازی کارآمد فولاد ضد زنگ با قابلیت ماشینکاری آسان، شرکت کارپنتر فرآیند AAA (قلیایی-اسیدی-قلیایی) را توسعه داده است که اسید باقیمانده را خنثی می‌کند. این روش غیرفعال‌سازی را می‌توان در کمتر از 2 ساعت انجام داد. در اینجا فرآیند گام به گام آمده است:
پس از چربی‌زدایی، قطعات را به مدت 30 دقیقه در محلول 5% هیدروکسید سدیم در دمای 160 تا 180 درجه فارنهایت (71 تا 82 درجه سانتیگراد) خیس کنید. سپس قطعات را کاملاً در آب بشویید. سپس قطعه را به مدت 30 دقیقه در محلول 20% (حجمی/حجمی) اسید نیتریک حاوی 3 اونس/گالن (22 گرم در لیتر) دی‌کرومات سدیم در دمای 120 تا 140 درجه فارنهایت (49 درجه سانتیگراد) تا 60 درجه سانتیگراد غوطه‌ور کنید. پس از خارج کردن قطعه از حمام، آن را با آب بشویید، سپس به مدت 30 دقیقه در محلول هیدروکسید سدیم غوطه‌ور کنید. قطعه را دوباره با آب بشویید و خشک کنید و روش AAA را تکمیل کنید.
غیرفعال‌سازی با اسید سیتریک به طور فزاینده‌ای در بین تولیدکنندگانی که می‌خواهند از استفاده از اسیدهای معدنی یا محلول‌های حاوی دی‌کرومات سدیم و همچنین مشکلات دفع و افزایش نگرانی‌های ایمنی مرتبط با استفاده از آنها اجتناب کنند، رواج پیدا می‌کند. اسید سیتریک از همه نظر سازگار با محیط زیست محسوب می‌شود.
اگرچه غیرفعال‌سازی با اسید سیتریک مزایای زیست‌محیطی جذابی را ارائه می‌دهد، فروشگاه‌هایی که با غیرفعال‌سازی با اسید معدنی موفقیت‌آمیز بوده‌اند و هیچ نگرانی ایمنی ندارند، ممکن است بخواهند به کار خود ادامه دهند. اگر این کاربران کارگاه تمیزی داشته باشند، تجهیزات در وضعیت خوبی باشند و تمیز باشند، مایع خنک‌کننده عاری از رسوبات آهنی کارخانه باشد و فرآیند نتایج خوبی داشته باشد، ممکن است نیازی به تغییر واقعی نباشد.
همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، غیرفعال‌سازی حمام اسید سیتریک برای طیف وسیعی از فولادهای ضد زنگ، از جمله چندین گرید جداگانه از فولاد ضد زنگ، مفید واقع شده است. برای راحتی، شکل 2.1 شامل روش سنتی غیرفعال‌سازی با اسید نیتریک است. توجه داشته باشید که فرمولاسیون‌های قدیمی اسید نیتریک به صورت درصد حجمی بیان می‌شوند، در حالی که غلظت‌های جدید اسید سیتریک به صورت درصد جرمی بیان می‌شوند. توجه به این نکته ضروری است که هنگام انجام این روش‌ها، تعادل دقیقی بین زمان خیساندن، دمای حمام و غلظت برای جلوگیری از "فلاشینگ" که در بالا توضیح داده شد، بسیار مهم است.
غیرفعال‌سازی بسته به میزان کروم و ویژگی‌های پردازش هر نوع متفاوت است. به ستون‌های مربوط به فرآیند ۱ یا فرآیند ۲ توجه کنید. همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده است، فرآیند ۱ مراحل کمتری نسبت به فرآیند ۲ دارد.
آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داده‌اند که فرآیند غیرفعال‌سازی با اسید سیتریک نسبت به فرآیند اسید نیتریک، بیشتر مستعد «جوشیدن» است. عواملی که در این حمله نقش دارند شامل دمای بسیار بالای حمام، زمان خیساندن بسیار طولانی و آلودگی حمام است. محصولات مبتنی بر اسید سیتریک حاوی مهارکننده‌های خوردگی و سایر افزودنی‌ها مانند عوامل مرطوب‌کننده به صورت تجاری در دسترس هستند و گزارش شده است که حساسیت به «خوردگی ناگهانی» را کاهش می‌دهند.
انتخاب نهایی روش غیرفعال‌سازی به معیارهای پذیرش تعیین‌شده توسط مشتری بستگی دارد. برای جزئیات بیشتر به استاندارد ASTM A967 مراجعه کنید. این استاندارد در www.astm.org قابل دسترسی است.
آزمایش‌هایی اغلب برای ارزیابی سطح قطعات پسیو شده انجام می‌شود. سوالی که باید به آن پاسخ داده شود این است که «آیا پسیو کردن، آهن آزاد را حذف می‌کند و مقاومت به خوردگی آلیاژها را برای برش خودکار بهینه می‌کند؟»
مهم است که روش آزمون با کلاس مورد ارزیابی مطابقت داشته باشد. آزمون‌هایی که خیلی سخت‌گیرانه هستند، مواد کاملاً خوب را قبول نمی‌کنند، در حالی که آزمون‌هایی که خیلی ضعیف هستند، قطعات نامطلوب را قبول می‌کنند.
فولادهای زنگ نزن سری ۴۰۰ با قابلیت ماشینکاری آسان و PH به بهترین شکل در محفظه‌ای که قادر به حفظ رطوبت ۱۰۰٪ (نمونه مرطوب) به مدت ۲۴ ساعت در دمای ۹۵ درجه فارنهایت (۳۵ درجه سانتیگراد) باشد، ارزیابی می‌شوند. سطح مقطع اغلب بحرانی‌ترین سطح است، به خصوص برای گریدهای برش آزاد. یکی از دلایل این امر این است که سولفید در جهت دستگاه در سراسر این سطح کشیده می‌شود.
سطوح بحرانی باید به سمت بالا قرار گیرند، اما با زاویه ۱۵ تا ۲۰ درجه نسبت به حالت عمودی، تا امکان از دست دادن رطوبت فراهم شود. موادی که به درستی غیرفعال شده‌اند، به سختی زنگ می‌زنند، اگرچه ممکن است لکه‌های کوچکی روی آنها ظاهر شود.
گریدهای فولاد ضد زنگ آستنیتی را می‌توان با آزمایش رطوبت نیز ارزیابی کرد. در این آزمایش، قطرات آب باید روی سطح نمونه وجود داشته باشند که نشان‌دهنده آهن آزاد با وجود هرگونه زنگ‌زدگی است.
روش‌های غیرفعال‌سازی (پسیواسیون) برای فولادهای زنگ نزن اتوماتیک و دستی که معمولاً در محلول‌های اسید سیتریک یا اسید نیتریک استفاده می‌شوند، به فرآیندهای متفاوتی نیاز دارند. شکل 3 در زیر جزئیات انتخاب فرآیند را ارائه می‌دهد.
(الف) pH را با هیدروکسید سدیم تنظیم کنید. (ب) به شکل 3 (ج) مراجعه کنید. Na2Cr2O7 برابر با 3 اونس بر گالن (22 گرم بر لیتر) دی کرومات سدیم در 20٪ اسید نیتریک است. جایگزین این مخلوط، اسید نیتریک 50٪ بدون دی کرومات سدیم است.
یک رویکرد سریع‌تر، استفاده از استاندارد ASTM A380، روش استاندارد برای تمیز کردن، رسوب‌زدایی و غیرفعال‌سازی قطعات، تجهیزات و سیستم‌های فولاد ضد زنگ است. این آزمایش شامل پاک کردن قطعه با محلول سولفات مس/اسید سولفوریک، مرطوب نگه داشتن آن به مدت 6 دقیقه و مشاهده آبکاری مس است. به عنوان یک روش جایگزین، می‌توان قطعه را به مدت 6 دقیقه در محلول غوطه‌ور کرد. اگر آهن حل شود، آبکاری مس رخ می‌دهد. این آزمایش برای سطوح قطعات فرآوری مواد غذایی کاربرد ندارد. همچنین، نباید روی فولادهای مارتنزیتی سری 400 یا فولادهای فریتی کم کروم استفاده شود زیرا ممکن است نتایج مثبت کاذب رخ دهد.
از لحاظ تاریخی، آزمایش اسپری نمک ۵٪ در دمای ۹۵ درجه فارنهایت (۳۵ درجه سانتیگراد) نیز برای ارزیابی نمونه‌های غیرفعال شده استفاده شده است. این آزمایش برای برخی از ارقام بسیار سختگیرانه است و عموماً برای تأیید اثربخشی غیرفعال‌سازی لازم نیست.
از استفاده بیش از حد کلریدها خودداری کنید، که می‌تواند باعث شعله‌ور شدن خطرناک شود. در صورت امکان، فقط از آب با کیفیت بالا با کمتر از 50 قسمت در میلیون (ppm) کلرید استفاده کنید. آب لوله‌کشی معمولاً کافی است و در برخی موارد می‌تواند تا چند صد قسمت در میلیون کلرید را تحمل کند.
تعویض منظم وان حمام بسیار مهم است تا پتانسیل غیرفعال‌سازی از بین نرود، که می‌تواند منجر به برخورد صاعقه و آسیب به قطعات شود. وان باید در دمای مناسب نگهداری شود، زیرا دمای کنترل نشده می‌تواند باعث خوردگی موضعی شود.
پیروی از یک برنامه‌ی زمانی مشخص برای تعویض محلول در طول دوره‌های تولید انبوه بسیار مهم است تا احتمال آلودگی به حداقل برسد. از یک نمونه‌ی کنترل برای آزمایش اثربخشی حمام استفاده شد. اگر نمونه مورد حمله قرار گرفته باشد، زمان تعویض حمام فرا رسیده است.
لطفا توجه داشته باشید که برخی از دستگاه‌ها فقط فولاد ضد زنگ تولید می‌کنند؛ از همان خنک‌کننده‌ی ترجیحی برای برش فولاد ضد زنگ استفاده کنید و از سایر فلزات استفاده نکنید.
قطعات قفسه DO به طور جداگانه ماشینکاری می‌شوند تا از تماس فلز با فلز جلوگیری شود. این امر به ویژه برای ماشینکاری آزاد فولاد ضد زنگ اهمیت دارد، زیرا برای پخش محصولات خوردگی سولفید و جلوگیری از تشکیل حفره‌های اسیدی، به محلول‌های غیرفعال کننده و شستشو با جریان آسان نیاز است.
قطعات فولاد ضد زنگ کربن‌دهی شده یا نیتریده شده را غیرفعال نکنید. مقاومت خوردگی قطعاتی که به این روش عملیات حرارتی می‌شوند می‌تواند تا حدی کاهش یابد که در حمام غیرفعال‌سازی آسیب ببینند.
از ابزارهای فلزی آهنی در شرایط کارگاهی که به طور خاص تمیز نیستند استفاده نکنید. با استفاده از ابزارهای کاربیدی یا سرامیکی می‌توان از براده‌های فولادی جلوگیری کرد.
توجه داشته باشید که اگر قطعه به درستی عملیات حرارتی نشده باشد، خوردگی در حمام پسیواسیون می‌تواند رخ دهد. گریدهای مارتنزیتی با محتوای کربن و کروم بالا باید برای مقاومت در برابر خوردگی سخت‌کاری شوند.
غیرفعال‌سازی معمولاً پس از عملیات حرارتی بعدی در دماهایی که مقاومت در برابر خوردگی را حفظ می‌کنند، انجام می‌شود.
غلظت اسید نیتریک در حمام غیرفعال‌سازی را نادیده نگیرید. بررسی‌های دوره‌ای باید با استفاده از روش تیتراسیون ساده‌ای که توسط کارپنتر پیشنهاد شده است، انجام شود. بیش از یک فولاد ضد زنگ را در یک زمان غیرفعال نکنید. این کار از سردرگمی پرهزینه جلوگیری می‌کند و از واکنش‌های گالوانیک جلوگیری می‌کند.
درباره نویسندگان: تری ای. دبولد متخصص تحقیق و توسعه آلیاژهای فولاد ضد زنگ و جیمز دبلیو. مارتین متخصص متالورژی شمش در شرکت فناوری کارپنتر است.(ریدینگ، پنسیلوانیا)
چقدر هزینه دارد؟ به چه مقدار فضا نیاز دارم؟ با چه مسائل زیست‌محیطی روبرو خواهم شد؟ شیب منحنی یادگیری چقدر است؟ آنودایزینگ دقیقاً چیست؟ در زیر پاسخ سوالات اولیه استادان در مورد آنودایزینگ فضای داخلی آمده است.
دستیابی به نتایج پایدار و با کیفیت بالا از فرآیند سنگ‌زنی بدون مرکز، نیازمند درک اولیه است. اکثر مشکلات کاربردی مرتبط با سنگ‌زنی بدون مرکز، ناشی از عدم درک اصول اولیه است. این مقاله توضیح می‌دهد که چرا این فرآیند بدون فکر کار می‌کند و چگونه می‌توان از آن به طور مؤثر در کارگاه خود استفاده کرد.