Anda telah memastikan bahwa komponen tersebut dibuat sesuai spesifikasi. Sekarang, pastikan Anda telah mengambil langkah-langkah untuk melindungi komponen tersebut dalam kondisi yang diharapkan pelanggan Anda.#dasar
Pasivasi tetap menjadi langkah krusial dalam memaksimalkan ketahanan dasar terhadap korosi pada komponen dan rakitan mesin berbahan baja tahan karat. Hal ini dapat menjadi pembeda antara kinerja yang memuaskan dan kegagalan dini. Jika dilakukan secara tidak tepat, pasivasi sebenarnya dapat menyebabkan korosi.
Pasivasi adalah metode pasca-fabrikasi yang memaksimalkan ketahanan korosi bawaan dari paduan baja tahan karat yang menghasilkan benda kerja. Ini bukan perawatan pembersihan kerak, juga bukan pelapisan cat.
Tidak ada konsensus umum mengenai mekanisme pasti bagaimana pasivasi bekerja. Namun, yang pasti, terdapat lapisan oksida pelindung pada permukaan baja tahan karat yang dipasivasi. Lapisan tak kasat mata ini diperkirakan sangat tipis, tebalnya kurang dari 0,0000001 inci, sekitar 1/100.000 ketebalan rambut manusia!
Bagian baja tahan karat yang bersih, baru dikerjakan, dipoles, atau diawetkan akan secara otomatis memperoleh lapisan oksida ini karena paparannya terhadap oksigen atmosfer. Dalam kondisi ideal, lapisan oksida pelindung ini sepenuhnya menutupi semua permukaan bagian tersebut.
Namun dalam praktiknya, kontaminan seperti kotoran bengkel atau partikel besi dari alat pemotong dapat berpindah ke permukaan komponen baja tahan karat selama pemesinan. Jika tidak dihilangkan, benda asing ini dapat mengurangi efektivitas lapisan pelindung asli.
Selama pemesinan, sejumlah kecil besi bebas dapat terkikis dari alat dan berpindah ke permukaan benda kerja baja tahan karat. Dalam beberapa kasus, lapisan tipis karat dapat muncul pada komponen. Ini sebenarnya adalah korosi baja oleh alat, bukan logam dasar. Kadang-kadang, celah partikel baja yang tertanam dari alat pemotong atau produk korosinya dapat menyebabkan erosi pada komponen itu sendiri.
Demikian pula, partikel kecil kotoran bengkel besi dapat melekat pada permukaan komponen. Meskipun logam mungkin tampak mengilap dalam keadaan mesin, setelah terkena udara, partikel besi bebas yang tidak terlihat dapat menyebabkan karat pada permukaan.
Sulfida yang terekspos juga dapat menjadi masalah. Sulfida berasal dari penambahan sulfur ke baja tahan karat untuk meningkatkan kemampuan mesin. Sulfida meningkatkan kemampuan logam paduan untuk membentuk serpihan selama pemesinan, yang dapat terkelupas sepenuhnya dari alat pemotong. Kecuali jika komponen dipasivasi dengan benar, sulfida dapat menjadi titik awal korosi permukaan pada produk manufaktur.
Dalam kedua kasus tersebut, pasivasi dibutuhkan untuk memaksimalkan ketahanan alami baja tahan karat terhadap korosi. Pasivasi menghilangkan kontaminan permukaan, seperti partikel kotoran bengkel besi dan partikel besi pada alat pemotong, yang dapat membentuk karat atau menjadi titik awal korosi. Pasivasi juga menghilangkan sulfida yang terpapar pada permukaan paduan baja tahan karat yang dipotong bebas.
Prosedur dua langkah memberikan ketahanan korosi terbaik: 1. Pembersihan, prosedur dasar namun terkadang diabaikan; 2. Mandi asam atau perawatan pasivasi.
Pembersihan harus selalu menjadi prioritas. Permukaan harus dibersihkan secara menyeluruh dari minyak, cairan pendingin, atau serpihan bengkel lainnya agar ketahanan korosinya optimal. Serpihan mesin atau kotoran bengkel lainnya dapat dibersihkan secara hati-hati dari komponen. Penghilang minyak atau pembersih komersial dapat digunakan untuk menghilangkan minyak proses atau cairan pendingin. Zat asing seperti oksida termal mungkin harus dihilangkan dengan metode seperti penggilingan atau pengawetan.
Terkadang seorang operator mesin mungkin melewatkan pembersihan dasar, secara keliru berpikir bahwa pembersihan dan pasivasi akan terjadi secara bersamaan hanya dengan mencelupkan bagian yang berminyak ke dalam rendaman asam. Itu tidak akan terjadi. Sebaliknya, gemuk yang terkontaminasi bereaksi dengan asam dan membentuk gelembung-gelembung udara. Gelembung-gelembung ini terkumpul pada permukaan benda kerja dan mengganggu pasivasi.
Lebih buruknya lagi, kontaminasi larutan pasivasi, yang terkadang mengandung konsentrasi klorida yang tinggi, dapat menyebabkan "kilatan". Tidak seperti mendapatkan lapisan oksida yang diinginkan dengan permukaan yang mengilap, bersih, dan tahan korosi, etsa kilat dapat menghasilkan permukaan yang sangat tergores atau gelap—kerusakan permukaan yang dirancang untuk dioptimalkan oleh pasivasi.
Komponen yang terbuat dari baja tahan karat martensit [magnetik, cukup tahan terhadap korosi, kekuatan luluh hingga sekitar 280 ksi (1930 MPa)] dikeraskan pada suhu tinggi lalu ditempa untuk memastikan kekerasan dan sifat mekanis yang diinginkan. Paduan yang dapat dikeraskan dengan presipitasi, yang memiliki kekuatan dan ketahanan korosi yang lebih baik daripada paduan martensit, dapat diberi perlakuan larutan, dikerjakan sebagian, diberi proses penuaan pada suhu yang lebih rendah, lalu diselesaikan.
Dalam kasus ini, komponen harus dibersihkan secara menyeluruh dengan pembersih atau penghilang lemak guna menghilangkan jejak cairan pemotong sebelum dilakukan perlakuan panas. Jika tidak, cairan pemotong yang tertinggal pada komponen dapat menyebabkan oksidasi berlebihan. Kondisi ini dapat menyebabkan komponen berukuran kecil menjadi penyok setelah kerak dihilangkan dengan metode asam atau abrasif. Jika cairan pemotong dibiarkan menempel pada komponen yang mengeras, seperti dalam tungku vakum atau atmosfer pelindung, karburisasi permukaan dapat terjadi, yang mengakibatkan hilangnya ketahanan terhadap korosi.
Setelah pembersihan menyeluruh, komponen baja tahan karat dapat direndam dalam bak asam pasif. Tiga metode dapat digunakan, yaitu pasif asam nitrat, pasif asam nitrat dengan natrium dikromat, dan pasif asam sitrat. Metode yang digunakan bergantung pada mutu baja tahan karat dan kriteria penerimaan yang ditetapkan.
Mutu krom-nikel yang lebih tahan korosi dapat dipasivasi dalam rendaman asam nitrat 20% (v/v) (Gambar 1). Seperti yang ditunjukkan dalam tabel, baja tahan karat yang kurang tahan dapat dipasivasi dengan menambahkan natrium dikromat ke dalam rendaman asam nitrat, yang membuat larutan tersebut lebih bersifat mengoksidasi dan mampu membentuk lapisan pasif pada permukaan logam. Pilihan lain untuk mengganti asam nitrat dengan natrium kromat adalah dengan meningkatkan konsentrasi asam nitrat hingga 50% berdasarkan volume. Baik penambahan natrium dikromat maupun konsentrasi asam nitrat yang lebih tinggi mengurangi kemungkinan terjadinya kilatan yang tidak diinginkan.
Prosedur untuk melakukan pasivasi pada baja tahan karat yang diproses bebas (juga ditunjukkan pada Gambar 1) agak berbeda dari prosedur untuk jenis baja tahan karat yang diproses tanpa bebas. Hal ini karena selama proses pasivasi dalam penangas asam nitrat biasa, sebagian atau semua sulfida yang mengandung sulfur dan dapat diproses akan dihilangkan, sehingga menghasilkan diskontinuitas mikroskopis pada permukaan bagian yang diproses.
Bahkan pembilasan air yang umumnya efektif dapat meninggalkan sisa asam pada diskontinuitas ini setelah pasivasi. Asam ini kemudian akan menyerang permukaan komponen kecuali jika dinetralkan atau dihilangkan.
Untuk melakukan pasifasi secara efektif pada baja tahan karat yang mudah dikerjakan dengan mesin, Carpenter telah mengembangkan proses AAA (Alkali-Asam-Alkali), yang menetralkan sisa asam. Metode pasifasi ini dapat diselesaikan dalam waktu kurang dari 2 jam. Berikut ini adalah proses langkah demi langkahnya:
Setelah menghilangkan lemak, rendam bagian-bagian tersebut dalam larutan natrium hidroksida 5% pada suhu 160°F hingga 180°F (71°C hingga 82°C) selama 30 menit. Kemudian bilas bagian-bagian tersebut secara menyeluruh dalam air. Selanjutnya, rendam bagian tersebut selama 30 menit dalam larutan asam nitrat 20% (v/v) yang mengandung 3 ons/gal (22 g/l) natrium dikromat pada suhu 120°F hingga 140°F (49°C) hingga 60°C). Setelah mengeluarkan bagian tersebut dari bak, bilas dengan air lalu rendam dalam larutan natrium hidroksida selama 30 menit lagi. Bilas bagian tersebut lagi dengan air dan keringkan, selesaikan metode AAA.
Pasivasi asam sitrat semakin populer di kalangan produsen yang ingin menghindari penggunaan asam mineral atau larutan yang mengandung natrium dikromat, serta masalah pembuangan dan masalah keamanan yang lebih besar yang terkait dengan penggunaannya. Asam sitrat dianggap ramah lingkungan dalam segala hal.
Sementara pasivasi asam sitrat menawarkan keuntungan lingkungan yang menarik, bengkel yang telah berhasil dengan pasivasi asam anorganik dan tidak memiliki masalah keselamatan mungkin ingin tetap menggunakan metode tersebut. Jika pengguna ini memiliki bengkel yang bersih, peralatan yang bersih dan terawat baik, cairan pendingin yang bebas dari endapan besi, dan proses yang membuahkan hasil yang baik, mungkin tidak ada kebutuhan nyata untuk perubahan.
Pasivasi dalam rendaman asam sitrat telah terbukti bermanfaat untuk berbagai jenis baja tahan karat, termasuk beberapa jenis baja tahan karat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Demi kenyamanan, metode pasivasi asam nitrat tradisional pada Gambar 1 disertakan. Perhatikan bahwa formulasi asam nitrat lama dinyatakan dalam persen volume, sedangkan konsentrasi asam sitrat baru dinyatakan dalam persen berat. Penting untuk dicatat bahwa saat menerapkan prosedur ini, keseimbangan yang cermat antara waktu perendaman, suhu rendaman, dan konsentrasi sangat penting untuk menghindari "kelap-kelip" yang dijelaskan sebelumnya.
Perlakuan pasivasi bervariasi menurut kandungan kromium dan karakteristik permesinan setiap tingkatan. Perhatikan kolom yang merujuk ke Proses 1 atau Proses 2. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 3, Proses 1 melibatkan lebih sedikit langkah daripada Proses 2.
Pengujian laboratorium telah menunjukkan bahwa proses pasivasi asam sitrat lebih rentan terhadap "kilatan" daripada proses asam nitrat. Faktor-faktor yang menyebabkan serangan ini meliputi suhu bak yang terlalu tinggi, waktu perendaman yang terlalu lama, dan kontaminasi bak. Produk asam sitrat yang mengandung penghambat korosi dan aditif lain seperti bahan pembasah tersedia secara komersial dan dilaporkan dapat mengurangi kerentanan terhadap "korosi kilat".
Pilihan akhir metode pasivasi akan bergantung pada kriteria penerimaan yang ditetapkan oleh pelanggan. Lihat ASTM A967 untuk detailnya. Kriteria tersebut dapat diakses di www.astm.org.
Pengujian sering dilakukan untuk mengevaluasi permukaan bagian yang dipasivasi. Pertanyaan yang harus dijawab adalah, “Apakah pasivasi menghilangkan zat besi bebas dan mengoptimalkan ketahanan korosi pada tingkat pemotongan bebas?”
Penting agar metode pengujian sesuai dengan tingkatan yang dinilai. Pengujian yang terlalu ketat akan gagal pada material yang sangat bagus, sedangkan pengujian yang terlalu longgar akan gagal pada bagian yang tidak memuaskan.
Baja tahan karat pengerasan presipitasi dan pemesinan bebas seri 400 paling baik dievaluasi dalam lemari yang mampu mempertahankan kelembapan 100% (sampel basah) selama 24 jam pada suhu 95°F (35°C). Penampang sering kali merupakan permukaan yang paling kritis, terutama untuk mutu pemotongan bebas. Salah satu alasannya adalah karena sulfida memanjang ke arah mesin, memotong permukaan ini.
Permukaan kritis sebaiknya diletakkan ke atas, tetapi pada sudut 15 hingga 20 derajat dari vertikal untuk memungkinkan hilangnya kelembapan. Material yang dipasivasi dengan benar hampir tidak akan berkarat, meskipun mungkin terlihat sedikit noda.
Mutu baja tahan karat austenitik juga dapat dievaluasi melalui uji kelembapan. Bila diuji demikian, seharusnya ada tetesan air pada permukaan sampel, yang mengindikasikan adanya besi bebas melalui adanya karat.
Prosedur untuk pasifasi baja tahan karat pemotongan bebas dan non-pemotongan bebas yang umum digunakan dalam larutan asam sitrat atau nitrat memerlukan proses yang berbeda. Gambar 3 di bawah ini memberikan detail tentang pemilihan proses.
(a) Sesuaikan pH dengan natrium hidroksida. (b) Lihat Gambar 3 (c) Na2Cr2O7 mewakili 3 ons/galon (22 g/l) natrium dikromat dalam 20% asam nitrat. Alternatif untuk campuran ini adalah 50% asam nitrat tanpa natrium dikromat.
Metode yang lebih cepat adalah dengan menggunakan larutan dalam ASTM A380, “Praktik Standar untuk Pembersihan, Pembersihan Kerak, dan Pasivasi Bagian, Peralatan, dan Sistem Baja Tahan Karat.” Pengujian ini terdiri dari menyeka bagian tersebut dengan larutan tembaga sulfat/asam sulfat, menjaganya tetap basah selama 6 menit dan mengamati pelapisan tembaga. Sebagai alternatif, bagian tersebut dapat direndam dalam larutan selama 6 menit. Jika besi larut, pelapisan tembaga terjadi. Pengujian ini tidak boleh digunakan pada permukaan bagian pemrosesan makanan. Selain itu, pengujian ini tidak boleh digunakan untuk baja martensit seri 400 atau baja feritik kromium rendah karena hasil positif palsu dapat terjadi.
Secara historis, uji semprotan garam 5% pada suhu 95°F (35°C) juga telah digunakan untuk mengevaluasi sampel yang dipasivasi. Uji ini terlalu ketat untuk beberapa tingkatan dan umumnya tidak diperlukan untuk memastikan bahwa pasivasi efektif.
Hindari penggunaan klorida berlebihan, yang dapat menyebabkan serangan kilat yang berbahaya. Jika memungkinkan, gunakan hanya air berkualitas tinggi dengan kandungan klorida kurang dari 50 bagian per juta (ppm). Air keran biasanya cukup dan dapat mentoleransi hingga beberapa ratus ppm klorida dalam beberapa kasus.
Penting untuk mengganti bak secara teratur guna menghindari hilangnya potensial pasivasi yang dapat mengakibatkan flashover dan kerusakan pada komponen. Bak harus dijaga pada suhu yang tepat, karena suhu yang tidak terkendali dapat menyebabkan korosi lokal.
Penting untuk mempertahankan jadwal penggantian larutan yang sangat spesifik selama proses produksi tinggi untuk meminimalkan potensi kontaminasi. Sampel kontrol digunakan untuk menguji efektivitas bak. Jika sampel terserang, maka sudah saatnya bak diganti.
Harap tentukan bahwa mesin tertentu hanya membuat baja tahan karat; gunakan cairan pendingin yang sama untuk memotong baja tahan karat, tidak termasuk semua logam lainnya.
Bagian rak DO diperlakukan secara individual untuk menghindari kontak logam dengan logam. Hal ini terutama penting untuk baja tahan karat pemesinan bebas, karena larutan pasivasi dan pembilasan yang mengalir bebas diperlukan untuk mendifusikan produk korosi dalam sulfida dan menghindari pembentukan kantong asam.
Jangan melakukan pasifasi pada bagian baja tahan karat yang telah dikarburisasi atau dinitridasi. Ketahanan korosi pada bagian yang diberi perlakuan demikian dapat berkurang hingga ke titik yang dapat menyebabkan serangan di bak pasifasi.
Jangan menggunakan peralatan berbahan besi di lingkungan bengkel yang tidak terlalu bersih. Pasir baja dapat dihindari dengan menggunakan peralatan karbida atau keramik.
Jangan lupa bahwa korosi dapat terjadi di bak pasivasi jika komponen tersebut tidak diberi perlakuan panas dengan benar. Mutu martensit karbon tinggi dan kromium tinggi harus dikeraskan agar tahan terhadap korosi.
Pasivasi biasanya dilakukan setelah tempering berikutnya menggunakan suhu yang mempertahankan ketahanan korosi.
Jangan abaikan konsentrasi asam nitrat dalam bak pasivasi. Pemeriksaan berkala harus dilakukan menggunakan prosedur titrasi sederhana yang disediakan oleh Carpenter. Jangan melakukan pasivasi pada lebih dari satu baja tahan karat dalam satu waktu. Ini mencegah kebingungan yang mahal dan menghindari reaksi galvanik.
Tentang penulis: Terry A. DeBold adalah spesialis penelitian dan pengembangan paduan baja tahan karat dan James W. Martin adalah ahli metalurgi batangan di Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
Dalam dunia dengan spesifikasi penyelesaian permukaan yang semakin ketat, pengukuran "kekasaran" yang sederhana masih berguna. Mari kita lihat mengapa pengukuran permukaan penting dan bagaimana pengukuran tersebut dapat diperiksa di lantai pabrik dengan pengukur portabel yang canggih.
Apakah Anda yakin memiliki sisipan terbaik untuk operasi pembubutan ini? Periksa chip, terutama jika dibiarkan tanpa pengawasan. Karakteristik chip dapat memberi tahu Anda banyak hal.