Vous avez assuré que les pièces sont usinées selon les spécifications. Maintenant, assurez-vous d'avoir pris des mesures pour protéger ces pièces dans les conditions attendues par vos clients. #basic
La passivation reste une étape cruciale pour maximiser la résistance à la corrosion de base des pièces et assemblages usinés en acier inoxydable. Elle peut faire la différence entre des performances satisfaisantes et une défaillance prématurée. Mal exécutée, la passivation peut en fait provoquer de la corrosion.
La passivation est une méthode de post-fabrication qui maximise la résistance à la corrosion inhérente des alliages d'acier inoxydable qui produisent la pièce. Il ne s'agit pas d'un traitement de détartrage, ni d'un revêtement de peinture.
Il n'y a pas de consensus général sur le mécanisme précis du fonctionnement de la passivation. Mais il est certain qu'il existe un film d'oxyde protecteur sur la surface de l'acier inoxydable passivé. Ce film invisible est considéré comme extrêmement fin, moins de 0,0000001 pouce d'épaisseur, soit environ 1/100 000e de l'épaisseur d'un cheveu humain !
Une pièce en acier inoxydable propre, nouvellement usinée, polie ou décapée acquiert automatiquement ce film d'oxyde en raison de son exposition à l'oxygène atmosphérique. Dans des conditions idéales, cette couche d'oxyde protectrice recouvre complètement toutes les surfaces de la pièce.
Dans la pratique, cependant, des contaminants tels que la saleté de l'atelier ou les particules de fer provenant des outils de coupe peuvent se transférer à la surface des pièces en acier inoxydable pendant l'usinage. S'ils ne sont pas éliminés, ces corps étrangers peuvent réduire l'efficacité du film protecteur d'origine.
Lors de l'usinage, des traces de fer libre peuvent s'user de l'outil et se transférer à la surface de la pièce en acier inoxydable. Dans certains cas, une fine couche de rouille peut apparaître sur la pièce. Il s'agit en fait d'une corrosion de l'acier par l'outil, et non du métal de base. Parfois, des crevasses de particules d'acier incrustées provenant d'outils de coupe ou de leurs produits de corrosion peuvent provoquer l'érosion de la pièce elle-même.
De même, de petites particules de saleté ferreuse d'atelier peuvent adhérer à la surface de la pièce. Bien que le métal puisse paraître brillant à l'état usiné, après exposition à l'air, des particules invisibles de fer libre peuvent provoquer la rouille de la surface.
Les sulfures exposés peuvent également être un problème. Ils proviennent de l'ajout de soufre à l'acier inoxydable pour améliorer l'usinabilité. Les sulfures augmentent la capacité de l'alliage à former des copeaux pendant l'usinage, qui peuvent être complètement éliminés de l'outil de coupe. À moins que les pièces ne soient correctement passivées, les sulfures peuvent devenir un point de départ pour la corrosion de surface sur les produits manufacturés.
Dans les deux cas, la passivation est nécessaire pour maximiser la résistance naturelle à la corrosion de l'acier inoxydable. Elle élimine les contaminants de surface, tels que les particules de saleté ferreuses de l'atelier et les particules de fer dans les outils de coupe, qui peuvent former de la rouille ou devenir un point de départ de corrosion. La passivation élimine également les sulfures exposés à la surface des alliages d'acier inoxydable de décolletage.
Une procédure en deux étapes offre la meilleure résistance à la corrosion : 1. Nettoyage, une procédure de base mais parfois négligée ; 2. Bain acide ou traitement de passivation.
Le nettoyage doit toujours être une priorité. Les surfaces doivent être soigneusement nettoyées de la graisse, du liquide de refroidissement ou d'autres débris d'atelier pour une résistance optimale à la corrosion. Les débris d'usinage ou autres saletés d'atelier peuvent être soigneusement essuyés de la pièce. Des dégraissants ou nettoyants commerciaux peuvent être utilisés pour éliminer les huiles de traitement ou les liquides de refroidissement. Les corps étrangers tels que les oxydes thermiques peuvent devoir être éliminés par des méthodes telles que le meulage ou le décapage.
Parfois, un opérateur de machine peut ignorer le nettoyage de base, pensant à tort que le nettoyage et la passivation se produiront simultanément en plongeant simplement une pièce chargée de graisse dans un bain d'acide. Cela ne se produira pas. Inversement, la graisse contaminée réagit avec l'acide pour former des bulles d'air. Ces bulles s'accumulent sur la surface de la pièce et interfèrent avec la passivation.
Pour aggraver les choses, la contamination des solutions de passivation, qui contiennent parfois de fortes concentrations de chlorures, peut provoquer un « flashing ». Contrairement à l’obtention du film d’oxyde souhaité avec une surface brillante, propre et résistante à la corrosion, la gravure flash peut entraîner une surface fortement gravée ou noircie, une détérioration de surface que la passivation est conçue pour optimiser.
Les pièces en acier inoxydable martensitique [magnétique, moyennement résistant à la corrosion, limite d'élasticité jusqu'à environ 280 ksi (1930 MPa)] sont durcies à des températures élevées puis revenues pour garantir la dureté et les propriétés mécaniques souhaitées. Les alliages durcissables par précipitation, qui ont une meilleure résistance et une meilleure résistance à la corrosion que les alliages martensitiques, peuvent être traités en solution, partiellement usinés, vieillis à des températures plus basses, puis finis.
Dans ce cas, la pièce doit être soigneusement nettoyée avec un dégraissant ou un nettoyant pour éliminer toute trace de liquide de coupe avant le traitement thermique. Sinon, le liquide de coupe restant sur la pièce peut provoquer une oxydation excessive. Cette condition peut entraîner des bosses sur les pièces sous-dimensionnées après que le tartre a été éliminé par des méthodes acides ou abrasives. Si le liquide de coupe reste sur des pièces trempées brillantes, comme dans un four à vide ou une atmosphère protectrice, une carburation de surface peut se produire, entraînant une perte de résistance à la corrosion.
Après un nettoyage en profondeur, les pièces en acier inoxydable peuvent être immergées dans un bain d'acide passivant. Trois méthodes peuvent être utilisées : la passivation à l'acide nitrique, la passivation à l'acide nitrique avec dichromate de sodium et la passivation à l'acide citrique. La méthode à utiliser dépend de la nuance d'acier inoxydable et des critères d'acceptation spécifiés.
Les nuances de chrome-nickel plus résistantes à la corrosion peuvent être passivées dans un bain d'acide nitrique à 20 % (v/v) (figure 1). Comme le montre le tableau, l'acier inoxydable moins résistant peut être passivé en ajoutant du bichromate de sodium à un bain d'acide nitrique, ce qui rend la solution plus oxydante et capable de former un film passif sur la surface métallique. Une autre option pour remplacer l'acide nitrique par du chromate de sodium consiste à augmenter la concentration d'acide nitrique à 50 % en volume. L'ajout de bichromate de sodium et la concentration plus élevée d'acide nitrique réduisent le risque d'éclair indésirable.
La procédure de passivation des aciers inoxydables à usinage libre (également illustrée dans la figure 1) est quelque peu différente de celle des nuances d'acier inoxydable non à usinage libre. En effet, lors de la passivation dans un bain d'acide nitrique typique, une partie ou la totalité des sulfures de nuance usinable contenant du soufre sont éliminés, créant des discontinuités microscopiques à la surface de la pièce usinée.
Même un rinçage à l'eau généralement efficace peut laisser de l'acide résiduel dans ces discontinuités après passivation. Cet acide attaquera alors la surface de la pièce à moins qu'il ne soit neutralisé ou éliminé.
Pour passiver efficacement l'acier inoxydable facilement usinable, Carpenter a développé le procédé AAA (Alcali-Acide-Alcali), qui neutralise l'acide résiduel. Cette méthode de passivation peut être réalisée en moins de 2 heures. Voici le processus étape par étape :
Après dégraissage, trempez les pièces dans une solution d'hydroxyde de sodium à 5 % à une température de 71 °C à 82 °C (160 °F à 180 °F) pendant 30 minutes. Rincez ensuite abondamment les pièces à l'eau. Immergez ensuite la pièce pendant 30 minutes dans une solution d'acide nitrique à 20 % (v/v) contenant 22 g/l de dichromate de sodium à une température de 49 °C à 60 °C (120 °F à 140 °F). Après avoir retiré la pièce du bain, rincez-la à l'eau, puis immergez-la dans la solution d'hydroxyde de sodium pendant 30 minutes supplémentaires. Rincez à nouveau la pièce à l'eau et séchez-la, complétant ainsi la méthode AAA.
La passivation à l'acide citrique est de plus en plus populaire auprès des fabricants qui souhaitent éviter l'utilisation d'acides minéraux ou de solutions contenant du dichromate de sodium, ainsi que les problèmes d'élimination et les préoccupations de sécurité accrues associés à leur utilisation. L'acide citrique est considéré comme respectueux de l'environnement à tous égards.
Bien que la passivation à l'acide citrique offre des avantages environnementaux intéressants, les ateliers qui ont réussi avec la passivation à l'acide inorganique et qui n'ont aucun problème de sécurité voudront peut-être maintenir le cap. Si ces utilisateurs ont un atelier propre, un équipement bien entretenu et propre, un liquide de refroidissement exempt d'encrassement ferreux et un processus qui produit de bons résultats, il n'y a peut-être pas vraiment besoin de changements.
La passivation dans un bain d'acide citrique s'est avérée utile pour une large gamme d'aciers inoxydables, y compris plusieurs nuances d'acier inoxydable individuelles, comme le montre la figure 2. Pour plus de commodité, la méthode traditionnelle de passivation à l'acide nitrique de la figure 1 est incluse. Notez que les anciennes formulations d'acide nitrique sont exprimées en pourcentage volumique, tandis que les nouvelles concentrations d'acide citrique sont exprimées en pourcentage pondéral. Il est important de noter que lors de la mise en œuvre de ces procédures, un équilibre minutieux du temps de trempage, de la température du bain et de la concentration est essentiel pour éviter le « flashing » décrit précédemment.
Les traitements de passivation varient en fonction de la teneur en chrome et des caractéristiques d'usinage de chaque nuance. Notez les colonnes faisant référence au processus 1 ou au processus 2. Comme le montre la figure 3, le processus 1 implique moins d'étapes que le processus 2.
Des tests en laboratoire ont montré que le procédé de passivation à l'acide citrique est plus sujet au « flashing » que le procédé à l'acide nitrique. Les facteurs contribuant à cette attaque comprennent une température de bain trop élevée, un temps de trempage trop long et la contamination du bain. Des produits à base d'acide citrique contenant des inhibiteurs de corrosion et d'autres additifs tels que des agents mouillants sont disponibles dans le commerce et sont réputés réduire la sensibilité à la « corrosion flash ».
Le choix final de la méthode de passivation dépendra des critères d'acceptation imposés par le client. Voir ASTM A967 pour plus de détails. Il est accessible sur www.astm.org.
Des tests sont souvent effectués pour évaluer la surface des pièces passivées. La question à laquelle il faut répondre est : « La passivation élimine-t-elle le fer libre et optimise-t-elle la résistance à la corrosion des nuances de décolletage ? »
Il est important que la méthode de test corresponde à la qualité évaluée. Les tests trop stricts ne permettront pas d'évaluer des matériaux parfaitement bons, tandis que les tests trop laxistes ne permettront pas d'évaluer des pièces insatisfaisantes.
Les aciers inoxydables à durcissement par précipitation et à usinage libre de la série 400 sont mieux évalués dans une armoire capable de maintenir 100 % d'humidité (échantillons humides) pendant 24 heures à 95 °F (35 °C). La section transversale est souvent la surface la plus critique, en particulier pour les nuances à usinage libre. L'une des raisons en est que le sulfure est allongé dans le sens de la machine, coupant cette surface.
Les surfaces critiques doivent être placées vers le haut, mais à 15 à 20 degrés de la verticale pour permettre la perte d'humidité. Un matériau correctement passivé rouillera à peine, bien qu'il puisse présenter de légères taches.
Les nuances d'acier inoxydable austénitique peuvent également être évaluées par des tests d'humidité. Lors de ces tests, des gouttelettes d'eau doivent être présentes à la surface de l'échantillon, indiquant la présence de fer libre par la présence de rouille.
Les procédures de passivation des aciers inoxydables de décolletage et non de décolletage couramment utilisés dans des solutions d'acide citrique ou nitrique nécessitent des processus différents. La figure 3 ci-dessous fournit des détails sur la sélection du processus.
(a) Ajuster le pH avec de l'hydroxyde de sodium. (b) Voir la figure 3 (c) Na2Cr2O7 représente 3 oz/gallon (22 g/l) de dichromate de sodium dans de l'acide nitrique à 20 %. Une alternative à ce mélange est l'acide nitrique à 50 % sans dichromate de sodium
Une méthode plus rapide consiste à utiliser la solution de la norme ASTM A380, « Pratique standard pour le nettoyage, le détartrage et la passivation des pièces, équipements et systèmes en acier inoxydable ». Le test consiste à essuyer la pièce avec une solution de sulfate de cuivre/acide sulfurique, à la maintenir humide pendant 6 minutes et à observer le cuivrage. Comme alternative, la pièce peut être immergée dans la solution pendant 6 minutes. Si le fer se dissout, un cuivrage se produit. Ce test ne doit pas être utilisé sur les surfaces des pièces de transformation des aliments. De plus, il ne doit pas être utilisé pour les aciers martensitiques de la série 400 ou les aciers ferritiques à faible teneur en chrome, car des résultats faussement positifs peuvent se produire.
Historiquement, le test au brouillard salin à 5 % à 95 °F (35 °C) a également été utilisé pour évaluer les échantillons passivés. Ce test est trop rigoureux pour certaines qualités et n'est généralement pas nécessaire pour confirmer que la passivation est efficace.
Évitez d'utiliser des chlorures en excès, qui peuvent provoquer des attaques éclair nocives. Si possible, utilisez uniquement de l'eau de haute qualité contenant moins de 50 parties par million (ppm) de chlorure. L'eau du robinet est généralement suffisante et peut tolérer jusqu'à plusieurs centaines de ppm de chlorure dans certains cas.
Il est important de remplacer le bain régulièrement pour éviter une perte de potentiel de passivation qui peut entraîner un contournement et des dommages aux pièces. Le bain doit être maintenu à la bonne température, car des températures d'emballement peuvent provoquer une corrosion localisée.
Il est important de maintenir un calendrier de changement de solution très spécifique pendant les cycles de production élevés afin de minimiser le risque de contamination. Un échantillon de contrôle a été utilisé pour tester l'efficacité du bain. Si l'échantillon est attaqué, il est temps de remplacer le bain.
Veuillez préciser que certaines machines fabriquent uniquement de l'acier inoxydable ; utilisez le même liquide de refroidissement préféré pour couper l'acier inoxydable, à l'exclusion de tous les autres métaux.
Les pièces du rack DO sont traitées individuellement pour éviter tout contact métal sur métal. Ceci est particulièrement important pour l'usinage libre de l'acier inoxydable, car des solutions de passivation et de rinçage fluides sont nécessaires pour diffuser les produits de corrosion dans les sulfures et éviter la formation de poches d'acide.
Ne pas passiver les pièces en acier inoxydable carburées ou nitrurées. La résistance à la corrosion des pièces ainsi traitées peut être réduite au point où elles seraient attaquées dans le bain de passivation.
N'utilisez pas d'outils ferreux dans un environnement d'atelier qui n'est pas particulièrement propre. Les grains d'acier peuvent être évités en utilisant des outils en carbure ou en céramique.
N'oubliez pas que la corrosion peut se produire dans le bain de passivation si la pièce n'est pas traitée thermiquement correctement. Les nuances martensitiques à haute teneur en carbone et en chrome doivent être durcies pour résister à la corrosion.
La passivation est généralement réalisée après un revenu ultérieur à des températures qui maintiennent la résistance à la corrosion.
Ne négligez pas la concentration d'acide nitrique dans le bain de passivation. Des contrôles périodiques doivent être effectués à l'aide de la procédure de titrage simple fournie par Carpenter. Ne passivez pas plus d'un acier inoxydable à la fois. Cela évite toute confusion coûteuse et évite les réactions galvaniques.
À propos des auteurs : Terry A. DeBold est un spécialiste de la recherche et du développement d'alliages d'acier inoxydable et James W. Martin est un métallurgiste de barres chez Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
Dans un monde où les spécifications de finition de surface sont de plus en plus strictes, de simples mesures de « rugosité » sont toujours utiles. Voyons pourquoi la mesure de surface est importante et comment elle peut être vérifiée en atelier avec des jauges portables sophistiquées.
Êtes-vous sûr d'avoir la meilleure plaquette pour cette opération de tournage ? Vérifiez la puce, surtout si elle est laissée sans surveillance. Les caractéristiques de la puce peuvent vous en dire beaucoup.