Vous avez vérifié que les pièces sont fabriquées selon les spécifications.Assurez-vous maintenant de prendre des mesures pour protéger ces pièces dans l'environnement auquel vos clients s'attendent.#base
La passivation reste une étape importante pour maximiser la résistance à la corrosion des pièces et assemblages usinés en acier inoxydable.Cela peut faire la différence entre des performances satisfaisantes et une défaillance prématurée.Une passivation incorrecte peut provoquer de la corrosion.
La passivation est une technique de post-fabrication qui maximise la résistance à la corrosion inhérente des alliages d'acier inoxydable à partir desquels la pièce est fabriquée.Il ne s'agit pas de détartrage ni de peinture.
Il n'y a pas de consensus sur le mécanisme exact par lequel la passivation fonctionne.Mais on sait avec certitude qu'il existe un film d'oxyde protecteur à la surface de l'acier inoxydable passivé.On dit que ce film invisible est extrêmement fin, moins de 0,0000001 pouce d'épaisseur, soit environ 1/100 000ème de l'épaisseur d'un cheveu humain !
Une pièce en acier inoxydable propre, fraîchement usinée, polie ou décapée acquiert automatiquement ce film d'oxyde en raison de l'exposition à l'oxygène atmosphérique.Dans des conditions idéales, cette couche d'oxyde protectrice recouvre entièrement toutes les surfaces de la pièce.
Dans la pratique, cependant, des contaminants tels que la saleté d'usine ou des particules de fer provenant d'outils de coupe peuvent pénétrer à la surface des pièces en acier inoxydable pendant le traitement.S'ils ne sont pas retirés, ces corps étrangers peuvent réduire l'efficacité du film protecteur d'origine.
Lors de l'usinage, des traces de fer libre peuvent être retirées de l'outil et transférées à la surface de la pièce en acier inoxydable.Dans certains cas, une fine couche de rouille peut apparaître sur la pièce.En fait, il s'agit de la corrosion de l'acier à outils, pas du métal de base.Parfois, des fissures provenant de particules d'acier incrustées d'outils de coupe ou de leurs produits de corrosion peuvent éroder la pièce elle-même.
De même, de petites particules de saleté métallurgique ferreuse peuvent adhérer à la surface de la pièce.Bien que le métal puisse sembler brillant dans son état fini, après exposition à l'air, des particules invisibles de fer libre peuvent provoquer la rouille de surface.
Les sulfures exposés peuvent également être un problème.Ils sont fabriqués en ajoutant du soufre à l'acier inoxydable pour améliorer l'usinabilité.Les sulfures augmentent la capacité de l'alliage à former des copeaux lors de l'usinage, qui peuvent être complètement éliminés de l'outil de coupe.Si les pièces ne sont pas correctement passivées, les sulfures peuvent devenir le point de départ de la corrosion de surface des produits industriels.
Dans les deux cas, une passivation est nécessaire pour maximiser la résistance naturelle à la corrosion de l'acier inoxydable.Il élimine les contaminants de surface tels que les particules de fer et les particules de fer dans les outils de coupe qui peuvent former de la rouille ou devenir le point de départ de la corrosion.La passivation élimine également les sulfures présents à la surface des alliages d'acier inoxydable à coupe ouverte.
Une procédure en deux étapes offre la meilleure résistance à la corrosion : 1. Le nettoyage, la procédure principale, mais parfois négligée 2. Le bain acide ou la 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 pour assurer une résistance optimale à la corrosion.Les débris d'usinage ou autres saletés d'usine peuvent être délicatement essuyés de la pièce.Des dégraissants ou des nettoyants commerciaux peuvent être utilisés pour éliminer les huiles de traitement ou les liquides de refroidissement.Les matières étrangères telles que les oxydes thermiques peuvent devoir être éliminées par des méthodes telles que le meulage ou le décapage.
Parfois, l'opérateur de la machine peut sauter le nettoyage de base, croyant à tort que le nettoyage et la passivation se produiront en même temps, simplement en immergeant la pièce huilée dans un bain d'acide.Ça n'arrivera pas.Inversement, la graisse contaminée réagit avec l'acide pour former des bulles d'air.Ces bulles s'accumulent à la surface de la pièce et interfèrent avec la passivation.
Pire encore, la contamination des solutions de passivation, qui contiennent parfois de fortes concentrations de chlorures, peut provoquer un « flash ».Contrairement à la production du film d'oxyde souhaité avec une surface brillante, propre et résistante à la corrosion, la gravure flash peut entraîner une grave gravure ou un noircissement de la surface - une détérioration de la surface que la passivation est conçue pour optimiser.
Les pièces en acier inoxydable martensitique [magnétiques, modérément résistantes à la corrosion, limite d'élasticité jusqu'à environ 280 000 psi (1930 MPa)] sont trempées à des températures élevées puis trempées pour fournir la dureté et les propriétés mécaniques souhaitées.Les alliages durcis par précipitation (qui ont une meilleure résistance mécanique et à la corrosion que les nuances 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 avant le traitement thermique pour éliminer toute trace de fluide de coupe.Sinon, le liquide de refroidissement restant sur la pièce peut provoquer une oxydation excessive.Cette condition peut provoquer la formation de bosses sur des pièces plus petites après un détartrage avec des méthodes acides ou abrasives.Si du liquide de refroidissement reste sur des pièces durcies brillantes, comme dans un four sous vide ou dans une atmosphère protectrice, une carburation de la surface peut se produire, entraînant une perte de résistance à la corrosion.
Après un nettoyage approfondi, les pièces en acier inoxydable peuvent être immergées dans un bain d'acide passivant.Chacune des trois méthodes peut être utilisée - passivation avec de l'acide nitrique, passivation avec de l'acide nitrique avec du bichromate de sodium et passivation avec de l'acide citrique.La méthode à utiliser dépend de la qualité de l'acier inoxydable et des critères d'acceptation spécifiés.
Les nuances de nickel-chrome 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, les aciers inoxydables moins résistants peuvent être passivés en ajoutant du bichromate de sodium à un bain d'acide nitrique pour rendre la solution plus oxydante et capable de former un film de passivation 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 la probabilité d'un flash indésirable.
La procédure de passivation pour les aciers inoxydables usinables (également illustrée à la Fig. 1) est légèrement différente de la procédure pour les nuances d'acier inoxydable non usinables.En effet, lors de la passivation dans un bain d'acide nitrique, une partie ou la totalité des sulfures soufrés usinables sont éliminés, créant des inhomogénéités microscopiques à la surface de la pièce.
Même un lavage à l'eau normalement efficace peut laisser de l'acide résiduel dans ces discontinuités après la passivation.Cet acide attaquera la surface de la pièce s'il n'est pas neutralisé ou éliminé.
Pour une passivation efficace de l'acier inoxydable facile à usiner, Carpenter a développé le procédé AAA (Alkaline-Acid-Alkaline), qui neutralise l'acide résiduel.Cette méthode de passivation peut être complétée en moins de 2 heures.Voici le processus étape par étape :
Après le dégraissage, faire tremper les pièces dans une solution d'hydroxyde de sodium à 5 % à 160 °F à 180 °F (71 °C à 82 °C) pendant 30 minutes.Rincez ensuite soigneusement les pièces à l'eau.Immergez ensuite la pièce pendant 30 minutes dans une solution d'acide nitrique à 20 % (v/v) contenant 3 oz/gal (22 g/l) de bichromate de sodium entre 120 °F et 140 °F (49 °C) et 60 °C.) Après avoir retiré la pièce du bain, rincez-la à l'eau, puis plongez-la dans une solution d'hydroxyde de sodium pendant 30 minutes.Rincez à nouveau la pièce avec de l'eau et séchez-la en complétant la méthode AAA.
La passivation à l'acide citrique devient 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 problèmes de sécurité accrus 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 attrayants, les magasins qui ont eu du succès avec la passivation à l'acide inorganique et qui n'ont aucun problème de sécurité peuvent vouloir maintenir le cap.Si ces utilisateurs ont un atelier propre, l'équipement est en bon état et propre, le liquide de refroidissement est exempt de dépôts ferreux d'usine et le processus donne de bons résultats, il n'y a peut-être pas vraiment besoin de changement.
La passivation par bain d'acide citrique s'est avérée utile pour une large gamme d'aciers inoxydables, y compris plusieurs nuances individuelles d'acier inoxydable, comme illustré à la figure 2. Pour plus de commodité, la figure 2.1 inclut la méthode traditionnelle de passivation à l'acide nitrique.A noter que les anciennes formulations d'acide nitrique sont exprimées en pourcentages en volume, tandis que les nouvelles concentrations d'acide citrique sont exprimées en pourcentages en masse.Il est important de noter que lors de l'exécution de ces procédures, un équilibre minutieux entre le temps de trempage, la température du bain et la concentration est essentiel pour éviter le «clignotement» décrit ci-dessus.
La passivation varie en fonction de la teneur en chrome et des caractéristiques de traitement de chaque variété.Notez les colonnes pour le processus 1 ou le processus 2. Comme le montre la figure 3, le processus 1 comporte moins d'étapes que le processus 2.
Des tests en laboratoire ont montré que le processus de passivation à l'acide citrique est plus susceptible de "bouillir" que le processus à l'acide nitrique.Les facteurs contribuant à cette attaque comprennent une température de bain trop élevée, un temps de trempage trop long et une 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 éclair ».
Le choix final de la méthode de passivation dépendra des critères d'acceptation définis 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 alliages pour la découpe automatique ?
Il est important que la méthode de test corresponde à la classe évaluée.Des tests trop stricts ne passeront pas des matériaux absolument bons, tandis que des tests trop faibles passeront des parties insatisfaisantes.
Les aciers inoxydables PH et faciles à usiner de la série 400 sont mieux évalués dans une chambre capable de maintenir 100 % d'humidité (échantillon humide) pendant 24 heures à 95 °F (35 °C).La section transversale est souvent la surface la plus critique, en particulier pour les nuances de décolletage.L'une des raisons en est que le sulfure est tiré dans le sens machine à travers cette surface.
Les surfaces critiques doivent être positionnées vers le haut, mais à un angle de 15 à 20 degrés par rapport à la verticale, pour permettre la perte d'humidité.Un matériau correctement passivé ne rouillera guère, bien que de petites taches puissent apparaître dessus.
Les nuances d'acier inoxydable austénitique peuvent également être évaluées par des tests d'humidité.Dans ce test, des gouttes d'eau doivent être présentes sur la surface de l'échantillon, indiquant le fer libre par la présence de toute rouille.
Les procédures de passivation pour les aciers inoxydables automatiques et manuels couramment utilisés dans des solutions d'acide citrique ou nitrique nécessitent des processus différents.Sur la fig.3 ci-dessous fournit des détails sur la sélection du processus.
(a) Ajuster le pH avec de l'hydroxyde de sodium.(b) Voir fig.3(c) Na2Cr2O7 correspond à 3 oz/gal (22 g/L) de bichromate de sodium dans de l'acide nitrique à 20 %.Une alternative à ce mélange est l'acide nitrique à 50% sans bichromate de sodium.
Une approche plus rapide consiste à utiliser 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 placage de cuivre.Alternativement, la pièce peut être immergée dans la solution pendant 6 minutes.Si le fer se dissout, un placage de cuivre se produit.Ce test ne s'applique pas aux surfaces des pièces de transformation des aliments.De plus, il ne doit pas être utilisé sur 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 35 °C (95 °F) a également été utilisé pour évaluer les échantillons passivés.Ce test est trop strict pour certains cultivars et n'est généralement pas nécessaire pour confirmer l'efficacité de la passivation.
Évitez d'utiliser des chlorures en excès, qui peuvent provoquer des poussées dangereuses.Utilisez uniquement de l'eau de haute qualité contenant moins de 50 parties par million (ppm) de chlorure dans la mesure du possible.L'eau du robinet est généralement suffisante et, dans certains cas, elle peut supporter jusqu'à plusieurs centaines de parties par million de chlorures.
Il est important de remplacer le bain régulièrement afin de ne pas perdre le potentiel de passivation, ce qui peut entraîner des coups de foudre et des dommages aux pièces.Le bain doit être maintenu à la bonne température, car des températures non contrôlées peuvent provoquer une corrosion localisée.
Il est important de suivre un calendrier de changement de solution très spécifique pendant les grandes séries de production afin de minimiser les risques de contamination.Un échantillon témoin a été utilisé pour tester l'efficacité du bain.Si l'échantillon a été attaqué, il est temps de remplacer le bain.
Veuillez noter que certaines machines ne produisent que de l'acier inoxydable ;utiliser 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 usinées séparément 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 à écoulement facile sont nécessaires pour diffuser les produits de corrosion sulfurés et empêcher la formation de poches d'acide.
Ne pas passiver les pièces en acier inoxydable cémenté ou nitruré.La résistance à la corrosion des pièces ainsi traitées peut être réduite à tel point qu'elles peuvent être endommagées dans le bain de passivation.
Ne pas utiliser d'outils en métaux ferreux dans des conditions d'atelier qui ne sont pas particulièrement propres.Les copeaux d'acier peuvent être évités en utilisant des outils en carbure ou en céramique.
Soyez conscient que la corrosion peut se produire dans le bain de passivation si la pièce n'a pas été correctement traitée thermiquement.Les nuances martensitiques à haute teneur en carbone et en chrome doivent être durcies pour résister à la corrosion.
La passivation est généralement effectuée après un revenu ultérieur à des températures qui maintiennent la résistance à la corrosion.
Ne pas négliger la concentration d'acide nitrique dans le bain de passivation.Des contrôles périodiques doivent être effectués en utilisant la procédure de titrage simple suggérée par Carpenter.Ne passiver plus d'un acier inoxydable à la fois.Cela évite des confusions coûteuses et prévient les réactions galvaniques.
À propos des auteurs : Terry A. DeBold est spécialiste de la R&D sur les alliages d'acier inoxydable et James W. Martin est spécialiste de la métallurgie des barres chez Carpenter Technology Corp.(Reading, Pennsylvanie).
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