Anda telah memastikan bahwa komponen-komponen tersebut dikerjakan sesuai spesifikasi. Sekarang, pastikan Anda telah mengambil langkah-langkah untuk melindungi komponen-komponen ini dalam kondisi yang diharapkan pelanggan Anda.#dasar
Pasivasi tetap menjadi langkah penting dalam memaksimalkan ketahanan korosi dasar pada komponen dan rakitan mesin stainless steel. Hal ini dapat membuat perbedaan antara kinerja yang memuaskan dan kegagalan dini. Jika dilakukan secara tidak benar, pasivasi justru 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 penghilangan kerak, dan juga bukan lapisan cat.
Tidak ada konsensus umum mengenai mekanisme pasti bagaimana pasivasi bekerja. Namun, sudah pasti terdapat lapisan oksida pelindung pada permukaan baja tahan karat yang dipasivasi. Lapisan tak terlihat ini diperkirakan sangat tipis, kurang dari 0,0000001 inci tebalnya, sekitar 1/100.000 dari ketebalan rambut manusia!
Bagian baja tahan karat yang bersih, baru diproses, dipoles, atau diasamkan akan secara otomatis memperoleh lapisan oksida ini karena terpapar 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 potong dapat berpindah ke permukaan bagian baja tahan karat selama proses pemesinan. Jika tidak dihilangkan, benda asing ini dapat mengurangi efektivitas lapisan pelindung asli.
Selama proses pemesinan, sejumlah kecil besi bebas dapat terlepas dari pahat dan berpindah ke permukaan benda kerja baja tahan karat. Dalam beberapa kasus, lapisan tipis karat dapat muncul pada bagian tersebut. Ini sebenarnya adalah korosi baja oleh pahat, bukan korosi logam dasar. Kadang-kadang, celah-celah partikel baja yang tertanam dari pahat pemotong atau produk korosinya dapat menyebabkan erosi pada bagian itu sendiri.
Demikian pula, partikel kecil kotoran besi dari bengkel dapat menempel pada permukaan bagian tersebut. Meskipun logam mungkin tampak mengkilap dalam keadaan hasil pemesinan, setelah terpapar udara, partikel besi bebas yang tak terlihat dapat menyebabkan karat pada permukaan.
Sulfida yang terpapar juga dapat menjadi masalah. Sulfida ini berasal dari penambahan sulfur ke baja tahan karat untuk meningkatkan kemampuan pemesinan. Sulfida meningkatkan kemampuan paduan untuk membentuk serpihan selama pemesinan, yang dapat sepenuhnya terlepas dari alat potong. Kecuali jika komponen dipasivasi dengan benar, sulfida dapat menjadi titik awal korosi permukaan pada produk manufaktur.
Dalam kedua kasus tersebut, pasivasi diperlukan untuk memaksimalkan ketahanan korosi alami baja tahan karat. Proses ini menghilangkan kontaminan permukaan, seperti partikel kotoran besi di bengkel dan partikel besi pada alat potong, yang dapat membentuk karat atau menjadi titik awal korosi. Pasivasi juga menghilangkan sulfida yang terpapar di permukaan paduan baja tahan karat yang mudah dipotong.
Prosedur dua langkah memberikan ketahanan korosi terbaik: 1. Pembersihan, prosedur dasar tetapi terkadang diabaikan; 2. Perendaman asam atau perlakuan pasivasi.
Kebersihan harus selalu menjadi prioritas. Permukaan harus dibersihkan secara menyeluruh dari gemuk, cairan pendingin, atau kotoran bengkel lainnya untuk ketahanan korosi yang optimal. Serpihan hasil pemesinan atau kotoran bengkel lainnya dapat dilap dengan hati-hati dari bagian tersebut. Pembersih atau penghilang gemuk komersial dapat digunakan untuk menghilangkan oli proses atau cairan pendingin. Benda asing seperti oksida termal mungkin perlu dihilangkan dengan metode seperti penggerindaan atau pengasaman.
Terkadang operator mesin mungkin melewatkan pembersihan dasar, karena keliru mengira bahwa pembersihan dan pasivasi akan terjadi secara bersamaan hanya dengan mencelupkan bagian yang penuh gemuk ke dalam bak asam. Itu tidak akan terjadi. Sebaliknya, gemuk yang terkontaminasi bereaksi dengan asam membentuk gelembung udara. Gelembung-gelembung ini menumpuk di permukaan benda kerja dan mengganggu proses pasivasi.
Lebih buruk lagi, kontaminasi larutan pasivasi, yang terkadang mengandung konsentrasi klorida yang tinggi, dapat menyebabkan "pengikisan cepat" (flash etching). Tidak seperti mendapatkan lapisan oksida yang diinginkan dengan permukaan yang mengkilap, bersih, dan tahan korosi, pengikisan cepat dapat mengakibatkan permukaan yang sangat terkikis atau menghitam—kerusakan permukaan yang seharusnya dioptimalkan oleh pasivasi.
Komponen yang terbuat dari baja tahan karat martensitik [magnetik, cukup tahan terhadap korosi, kekuatan luluh hingga sekitar 280 ksi (1930 MPa)] dikeraskan pada suhu tinggi dan kemudian ditempa untuk memastikan kekerasan dan sifat mekanik yang diinginkan. Paduan yang dapat dikeraskan dengan pengendapan, yang memiliki kekuatan dan ketahanan korosi yang lebih baik daripada paduan martensitik, dapat diberi perlakuan larutan, dikerjakan sebagian, dianil pada suhu yang lebih rendah, dan kemudian diselesaikan.
Dalam kasus ini, bagian tersebut harus dibersihkan secara menyeluruh dengan penghilang lemak atau pembersih untuk menghilangkan semua jejak cairan pemotong sebelum perlakuan panas. Jika tidak, cairan pemotong yang tersisa pada bagian tersebut dapat menyebabkan oksidasi berlebihan. Kondisi ini dapat menyebabkan bagian yang ukurannya kurang menjadi penyok setelah kerak dihilangkan dengan metode asam atau abrasif. Jika cairan pemotong dibiarkan tetap berada pada bagian yang dikeraskan dengan kilap, seperti di dalam tungku vakum atau atmosfer pelindung, karburisasi permukaan dapat terjadi, yang mengakibatkan hilangnya ketahanan terhadap korosi.
Setelah dibersihkan secara menyeluruh, bagian-bagian baja tahan karat dapat direndam dalam bak asam pasivasi. Tiga metode dapat digunakan – pasivasi asam nitrat, pasivasi asam nitrat dengan natrium dikromat, dan pasivasi asam sitrat. Metode mana yang akan digunakan bergantung pada jenis baja tahan karat dan kriteria penerimaan yang ditentukan.
Baja krom-nikel yang lebih tahan korosi dapat dipasivasi dalam larutan 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 larutan asam nitrat, sehingga larutan menjadi lebih oksidatif dan mampu membentuk lapisan pasif pada permukaan logam. Pilihan lain untuk mengganti asam nitrat dengan natrium kromat adalah dengan meningkatkan konsentrasi asam nitrat menjadi 50% volume. Baik penambahan natrium dikromat maupun konsentrasi asam nitrat yang lebih tinggi mengurangi kemungkinan terjadinya kilatan yang tidak diinginkan.
Prosedur pasivasi baja tahan karat yang mudah dikerjakan (juga ditunjukkan pada Gambar 1) agak berbeda dari prosedur untuk jenis baja tahan karat yang tidak mudah dikerjakan. Hal ini karena selama pasivasi dalam bak asam nitrat biasa, sebagian atau seluruh sulfida yang mengandung sulfur pada jenis baja tahan karat yang mudah dikerjakan akan dihilangkan, sehingga menciptakan diskontinuitas mikroskopis pada permukaan bagian yang dikerjakan.
Bahkan pembilasan air yang umumnya efektif pun dapat meninggalkan sisa asam pada diskontinuitas ini setelah pasivasi. Asam ini kemudian akan menyerang permukaan bagian tersebut kecuali dinetralkan atau dihilangkan.
Untuk melakukan pasivasi baja tahan karat yang mudah dikerjakan secara efektif, Carpenter telah mengembangkan proses AAA (Alkali-Asam-Alkali), yang menetralkan asam sisa. Metode pasivasi ini dapat diselesaikan dalam waktu kurang dari 2 jam. Berikut adalah proses langkah demi langkahnya:
Setelah proses penghilangan lemak, rendam bagian-bagian tersebut dalam larutan natrium hidroksida 5% pada suhu 71°C hingga 82°C selama 30 menit. Kemudian bilas bagian-bagian tersebut secara menyeluruh dengan air. Selanjutnya, rendam bagian tersebut selama 30 menit dalam larutan asam nitrat 20% (v/v) yang mengandung 22 g/l natrium dikromat pada suhu 49°C hingga 60°C. Setelah mengeluarkan bagian tersebut dari rendaman, bilas dengan air dan kemudian rendam kembali dalam larutan natrium hidroksida selama 30 menit. Bilas bagian tersebut sekali lagi dengan air dan keringkan, sehingga metode AAA selesai.
Passivasi dengan asam sitrat semakin populer di kalangan produsen yang ingin menghindari penggunaan asam mineral atau larutan yang mengandung natrium dikromat, serta masalah pembuangan dan kekhawatiran keselamatan yang lebih besar terkait dengan penggunaannya. Asam sitrat dianggap ramah lingkungan dalam segala hal.
Meskipun pasivasi asam sitrat menawarkan keuntungan lingkungan yang menarik, bengkel yang telah berhasil menggunakan pasivasi asam anorganik dan tidak memiliki masalah keamanan mungkin ingin tetap menggunakan metode tersebut. Jika pengguna ini memiliki bengkel yang bersih, peralatan yang terawat dan bersih, cairan pendingin bebas dari kerak besi, dan proses yang menghasilkan hasil yang baik, mungkin tidak ada kebutuhan nyata untuk perubahan.
Pasivasi dalam larutan asam sitrat telah terbukti bermanfaat untuk berbagai macam baja tahan karat, termasuk beberapa jenis baja tahan karat tertentu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Untuk kemudahan, metode pasivasi asam nitrat tradisional pada Gambar 1 disertakan. Perhatikan bahwa formulasi asam nitrat yang lebih lama dinyatakan dalam persen volume, sedangkan konsentrasi asam sitrat yang lebih baru dinyatakan dalam persen berat. Penting untuk dicatat bahwa ketika menerapkan prosedur ini, penyeimbangan yang cermat antara waktu perendaman, suhu larutan, dan konsentrasi sangat penting untuk menghindari "penguapan mendadak" yang dijelaskan sebelumnya.
Perlakuan pasivasi bervariasi tergantung pada kandungan kromium dan karakteristik pemesinan setiap jenis baja. Perhatikan kolom yang merujuk pada Proses 1 atau Proses 2. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, Proses 1 melibatkan lebih sedikit langkah daripada Proses 2.
Uji laboratorium menunjukkan bahwa proses pasivasi asam sitrat lebih rentan terhadap "korosi kilat" dibandingkan proses asam nitrat. Faktor-faktor yang berkontribusi terhadap serangan ini meliputi suhu larutan yang terlalu tinggi, waktu perendaman yang terlalu lama, dan kontaminasi larutan. Produk asam sitrat yang mengandung penghambat korosi dan aditif lain seperti zat 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. Dokumen tersebut dapat diakses di www.astm.org.
Pengujian sering dilakukan untuk mengevaluasi permukaan bagian yang dipasivasi. Pertanyaan yang perlu dijawab adalah, “Apakah pasivasi menghilangkan besi bebas dan mengoptimalkan ketahanan korosi pada material yang mudah terpotong?”
Penting agar metode pengujian sesuai dengan tingkatan yang dinilai. Pengujian yang terlalu ketat akan menggagalkan materi yang sebenarnya bagus, sementara pengujian yang terlalu longgar akan meloloskan bagian-bagian yang tidak memuaskan.
Baja tahan karat seri 400 yang mengalami pengerasan presipitasi dan mudah dikerjakan paling baik dievaluasi dalam kabinet yang mampu mempertahankan kelembaban 100% (sampel basah) selama 24 jam pada suhu 95°F (35°C). Penampang melintang seringkali merupakan permukaan yang paling kritis, terutama untuk jenis yang mudah dipotong. Salah satu alasannya adalah karena sulfida memanjang searah mesin, memotong permukaan ini.
Permukaan kritis harus diletakkan menghadap ke atas, tetapi dengan sudut 15 hingga 20 derajat dari vertikal untuk memungkinkan hilangnya kelembapan. Material yang dipasivasi dengan benar hampir tidak akan berkarat, meskipun mungkin menunjukkan sedikit noda.
Jenis baja tahan karat austenitik juga dapat dievaluasi dengan pengujian kelembaban. Saat diuji dengan cara ini, tetesan air harus ada di permukaan sampel, yang menunjukkan adanya besi bebas dengan adanya karat.
Prosedur untuk mempasivasi baja tahan karat yang umum digunakan, baik yang mudah dipotong maupun tidak, dalam larutan asam sitrat atau asam 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 asam nitrat 20%. Alternatif untuk campuran ini adalah asam nitrat 50% tanpa natrium dikromat
Metode yang lebih cepat adalah menggunakan larutan dalam ASTM A380, “Praktik Standar untuk Pembersihan, Penghilangan Kerak, dan Pasivasi Bagian, Peralatan, dan Sistem Baja Tahan Karat.” Uji ini terdiri dari menyeka bagian tersebut dengan larutan tembaga sulfat/asam sulfat, menjaganya tetap basah selama 6 menit dan mengamati adanya pelapisan tembaga. Sebagai alternatif, bagian tersebut dapat direndam dalam larutan selama 6 menit. Jika besi larut, pelapisan tembaga terjadi. Uji ini tidak boleh digunakan pada permukaan bagian pengolahan makanan. Selain itu, uji ini tidak boleh digunakan untuk baja martensitik seri 400 atau baja feritik kromium rendah karena dapat terjadi hasil positif palsu.
Secara historis, uji semprot garam 5% pada suhu 95°F (35°C) juga telah digunakan untuk mengevaluasi sampel yang dipasivasi. Uji ini terlalu ketat untuk beberapa jenis dan umumnya tidak diperlukan untuk memastikan bahwa pasivasi efektif.
Hindari penggunaan klorida berlebih, 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 sudah cukup dan dalam beberapa kasus dapat mentolerir hingga beberapa ratus ppm klorida.
Penting untuk mengganti larutan elektrolit secara teratur untuk menghindari hilangnya potensi pasivasi yang dapat menyebabkan lonjakan tegangan dan kerusakan komponen. Larutan elektrolit harus dijaga pada suhu yang tepat, karena suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan korosi lokal.
Penting untuk menjaga jadwal penggantian larutan yang sangat spesifik selama produksi massal untuk meminimalkan potensi kontaminasi. Sampel kontrol digunakan untuk menguji efektivitas larutan. Jika sampel tersebut terkontaminasi, berarti larutan harus diganti.
Harap sebutkan bahwa mesin tertentu hanya dapat memotong baja tahan karat; gunakan cairan pendingin yang sama untuk memotong baja tahan karat, dan tidak termasuk logam lainnya.
Komponen rak DO diperlakukan secara individual untuk menghindari kontak logam-ke-logam. Hal ini sangat penting terutama untuk baja tahan karat yang mudah dikerjakan, karena larutan pasivasi dan pembilasan yang mudah mengalir diperlukan untuk menyebarkan produk korosi dalam sulfida dan menghindari pembentukan kantung asam.
Jangan melakukan pasivasi pada bagian baja tahan karat yang telah dikarburisasi atau dinitrida. Ketahanan korosi pada bagian yang diperlakukan demikian dapat berkurang hingga titik di mana bagian tersebut akan terserang dalam bak pasivasi.
Jangan menggunakan perkakas berbahan besi di lingkungan bengkel yang tidak terlalu bersih. Serbuk baja dapat dihindari dengan menggunakan perkakas berbahan karbida atau keramik.
Jangan lupa bahwa korosi dapat terjadi di dalam bak pasivasi jika bagian tersebut tidak diberi perlakuan panas dengan benar. Baja martensitik dengan kandungan karbon dan kromium tinggi harus dikeraskan agar tahan terhadap korosi.
Pasivasi biasanya dilakukan setelah proses tempering selanjutnya menggunakan suhu yang mempertahankan ketahanan terhadap korosi.
Jangan abaikan konsentrasi asam nitrat dalam bak pasivasi. Pemeriksaan berkala harus dilakukan menggunakan prosedur titrasi sederhana yang disediakan oleh Carpenter. Jangan melakukan pasivasi lebih dari satu baja tahan karat sekaligus. Hal 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).
Di dunia dengan spesifikasi penyelesaian permukaan yang semakin ketat, pengukuran "kekasaran" sederhana masih tetap berguna. Mari kita lihat mengapa pengukuran permukaan itu penting dan bagaimana hal itu dapat diperiksa di lantai pabrik dengan alat ukur portabel yang canggih.
Apakah Anda yakin telah menggunakan sisipan terbaik untuk operasi pembubutan ini? Periksa serpihan kayu, terutama jika dibiarkan tanpa pengawasan. Karakteristik serpihan kayu dapat memberi tahu Anda banyak hal.