Hai verificato che i pezzi siano lavorati secondo le specifiche. Ora, assicurati di aver preso provvedimenti per proteggere questi pezzi nelle condizioni che i tuoi clienti si aspettano.#basic
La passivazione rimane una fase cruciale per massimizzare la resistenza alla corrosione di base di componenti e assiemi in acciaio inossidabile lavorati meccanicamente. Può fare la differenza tra prestazioni soddisfacenti e guasti prematuri. Se eseguita in modo improprio, la passivazione può infatti causare corrosione.
La passivazione è un metodo di post-lavorazione che massimizza la resistenza alla corrosione intrinseca delle leghe di acciaio inossidabile utilizzate per la produzione del pezzo. Non si tratta di un trattamento di decalcificazione, né di una verniciatura.
Non esiste un consenso generale sul meccanismo preciso con cui funziona la passivazione. È certo, tuttavia, che sulla superficie dell'acciaio inossidabile passivato si forma una pellicola protettiva di ossido. Si ritiene che questa pellicola invisibile sia estremamente sottile, con uno spessore inferiore a 0,0000001 pollici, circa 1/100.000 dello spessore di un capello umano!
Un componente in acciaio inossidabile pulito, appena lavorato, lucidato o decapato, acquisirà automaticamente questa pellicola di ossido a causa dell'esposizione all'ossigeno atmosferico. In condizioni ideali, questo strato protettivo di ossido ricopre completamente tutte le superfici del componente.
In pratica, tuttavia, durante la lavorazione, contaminanti come la polvere dell'officina o particelle di ferro provenienti dagli utensili da taglio possono trasferirsi sulla superficie dei pezzi in acciaio inossidabile. Se non rimossi, questi corpi estranei possono ridurre l'efficacia del film protettivo originale.
Durante la lavorazione, tracce di ferro libero possono staccarsi dall'utensile e trasferirsi sulla superficie del pezzo in acciaio inossidabile. In alcuni casi, può comparire un sottile strato di ruggine sul pezzo. Si tratta in realtà di corrosione dell'acciaio da parte dell'utensile, non del metallo di base. Occasionalmente, le fessure in cui si infiltrano particelle di acciaio provenienti dagli utensili da taglio o dai loro prodotti di corrosione possono causare l'erosione del pezzo stesso.
Allo stesso modo, piccole particelle di sporco ferroso provenienti dall'officina possono aderire alla superficie del pezzo. Sebbene il metallo possa apparire lucido allo stato lavorato, dopo l'esposizione all'aria, particelle invisibili di ferro libero possono causare ruggine superficiale.
Anche i solfuri esposti possono rappresentare un problema. Essi derivano dall'aggiunta di zolfo all'acciaio inossidabile per migliorarne la lavorabilità. I ​​solfuri aumentano la capacità della lega di formare trucioli durante la lavorazione, che possono staccarsi completamente dall'utensile da taglio. Se i pezzi non vengono passivati ​​correttamente, i solfuri possono diventare il punto di partenza per la corrosione superficiale dei prodotti fabbricati.
In entrambi i casi, la passivazione è necessaria per massimizzare la naturale resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile. Essa rimuove i contaminanti superficiali, come le particelle ferrose presenti nell'officina e le particelle di ferro negli utensili da taglio, che possono formare ruggine o diventare un punto di partenza per la corrosione. La passivazione rimuove anche i solfuri esposti sulla superficie delle leghe di acciaio inossidabile a lavorabilità migliorata.
La migliore resistenza alla corrosione si ottiene con una procedura in due fasi: 1. Pulizia, una procedura basilare ma a volte trascurata; 2. Bagno acido o trattamento di passivazione.
La pulizia dovrebbe essere sempre una priorità. Le superfici devono essere pulite a fondo da grasso, liquido refrigerante o altri residui di lavorazione per garantire una resistenza ottimale alla corrosione. I residui di lavorazione o altro sporco di officina possono essere rimossi con cura dal pezzo. Per rimuovere oli di processo o liquidi refrigeranti si possono utilizzare sgrassanti o detergenti commerciali. Materiali estranei come gli ossidi termici potrebbero dover essere rimossi mediante metodi come la molatura o il decapaggio.
A volte, un operatore di macchine può trascurare la pulizia di base, pensando erroneamente che pulizia e passivazione avvengano simultaneamente semplicemente immergendo un pezzo ingrassato in un bagno acido. Questo non accade. Al contrario, il grasso contaminato reagisce con l'acido formando bolle d'aria. Queste bolle si accumulano sulla superficie del pezzo e interferiscono con la passivazione.
A peggiorare ulteriormente la situazione, la contaminazione delle soluzioni di passivazione, che a volte contengono elevate concentrazioni di cloruri, può causare la cosiddetta "incisione flash". A differenza dell'ottenimento del film di ossido desiderato con una superficie lucida, pulita e resistente alla corrosione, l'incisione flash può provocare una superficie fortemente incisa o annerita, un deterioramento superficiale che la passivazione è progettata per ottimizzare.
I componenti realizzati in acciaio inossidabile martensitico [magnetico, moderatamente resistente alla corrosione, con limite di snervamento fino a circa 280 ksi (1930 MPa)] vengono temprati ad alte temperature e successivamente rinvenuti per garantire la durezza e le proprietà meccaniche desiderate. Le leghe induribili per precipitazione, che presentano una resistenza meccanica e alla corrosione superiore rispetto alle leghe martensitiche, possono essere sottoposte a trattamento di solubilizzazione, lavorazione parziale, invecchiamento a temperature inferiori e successiva finitura.
In questo caso, il pezzo deve essere pulito accuratamente con uno sgrassatore o un detergente per rimuovere ogni traccia di fluido da taglio prima del trattamento termico. In caso contrario, il fluido da taglio residuo sul pezzo può causare un'ossidazione eccessiva. Questa condizione può provocare la formazione di ammaccature sui pezzi sottodimensionati dopo la rimozione della scaglia mediante metodi acidi o abrasivi. Se il fluido da taglio viene lasciato a contatto con pezzi temprati e lucidi, ad esempio in un forno sottovuoto o in atmosfera protettiva, può verificarsi una carburazione superficiale, con conseguente perdita di resistenza alla corrosione.
Dopo un'accurata pulizia, i componenti in acciaio inossidabile possono essere immersi in un bagno acido passivante. È possibile utilizzare uno dei tre metodi seguenti: passivazione con acido nitrico, passivazione con acido nitrico e dicromato di sodio e passivazione con acido citrico. Il metodo da utilizzare dipende dal tipo di acciaio inossidabile e dai criteri di accettazione specificati.
Le leghe di cromo-nichel più resistenti alla corrosione possono essere passivate in un bagno di acido nitrico al 20% (v/v) (Figura 1). Come mostrato nella tabella, l'acciaio inossidabile meno resistente può essere passivato aggiungendo dicromato di sodio a un bagno di acido nitrico, rendendo la soluzione più ossidante e in grado di formare un film passivante sulla superficie metallica. Un'altra opzione per sostituire l'acido nitrico con il cromato di sodio è aumentare la concentrazione di acido nitrico al 50% in volume. Sia l'aggiunta di dicromato di sodio che la maggiore concentrazione di acido nitrico riducono la possibilità di indesiderate bave.
La procedura di passivazione degli acciai inossidabili a lavorabilità migliorata (illustrata anche nella Figura 1) è in qualche modo diversa da quella per gli acciai inossidabili a lavorabilità migliorata. Questo perché, durante la passivazione in un tipico bagno di acido nitrico, alcuni o tutti i solfuri contenenti zolfo presenti negli acciai lavorabili vengono rimossi, creando discontinuità microscopiche sulla superficie del pezzo lavorato.
Anche un risciacquo con acqua generalmente efficace può lasciare residui acidi in queste discontinuità dopo la passivazione. Questo acido attaccherà quindi la superficie del pezzo a meno che non venga neutralizzato o rimosso.
Per passivare efficacemente l'acciaio inossidabile facilmente lavorabile, Carpenter ha sviluppato il processo AAA (Alcali-Acido-Alcali), che neutralizza l'acido residuo. Questo metodo di passivazione può essere completato in meno di 2 ore. Ecco il processo passo passo:
Dopo lo sgrassaggio, immergere i pezzi in una soluzione di idrossido di sodio al 5% a una temperatura compresa tra 71°C e 82°C (160°F e 180°F) per 30 minuti. Quindi risciacquare accuratamente i pezzi con acqua. Successivamente, immergere il pezzo per 30 minuti in una soluzione di acido nitrico al 20% (v/v) contenente 22 g/l di dicromato di sodio a una temperatura compresa tra 49°C e 60°C (120°F e 140°F). Dopo aver rimosso il pezzo dal bagno, risciacquarlo con acqua e quindi immergerlo nella soluzione di idrossido di sodio per altri 30 minuti. Risciacquare nuovamente il pezzo con acqua e asciugarlo, completando così il metodo AAA.
La passivazione con acido citrico è sempre più diffusa tra i produttori che desiderano evitare l'uso di acidi minerali o soluzioni contenenti dicromato di sodio, nonché i problemi di smaltimento e le maggiori preoccupazioni per la sicurezza ad essi associati. L'acido citrico è considerato ecocompatibile sotto ogni aspetto.
Sebbene la passivazione con acido citrico offra interessanti vantaggi ambientali, le officine che hanno ottenuto buoni risultati con la passivazione con acidi inorganici e non hanno problemi di sicurezza potrebbero voler continuare su questa strada. Se questi utenti dispongono di un'officina pulita, attrezzature ben mantenute e pulite, un liquido di raffreddamento privo di incrostazioni ferrose e un processo che produce buoni risultati, potrebbe non esserci una reale necessità di modifiche.
La passivazione in un bagno di acido citrico si è dimostrata utile per un'ampia gamma di acciai inossidabili, comprese diverse leghe di acciaio inossidabile, come illustrato nella Figura 2. Per comodità, è incluso anche il metodo tradizionale di passivazione con acido nitrico mostrato nella Figura 1. Si noti che le formulazioni più vecchie di acido nitrico sono espresse in percentuale in volume, mentre le concentrazioni più recenti di acido citrico sono espresse in percentuale in peso. È importante sottolineare che, durante l'implementazione di queste procedure, un attento bilanciamento del tempo di immersione, della temperatura del bagno e della concentrazione è fondamentale per evitare il fenomeno di "flashing" descritto in precedenza.
I trattamenti di passivazione variano in base al contenuto di cromo e alle caratteristiche di lavorazione di ciascun grado. Si notino le colonne che fanno riferimento al Processo 1 o al Processo 2. Come mostrato nella Figura 3, il Processo 1 prevede un numero inferiore di passaggi rispetto al Processo 2.
Test di laboratorio hanno dimostrato che il processo di passivazione con acido citrico è più soggetto a "corrosione flash" rispetto al processo con acido nitrico. I fattori che contribuiscono a questo fenomeno includono temperature del bagno troppo elevate, tempi di immersione troppo lunghi e contaminazione del bagno. Sono disponibili in commercio prodotti a base di acido citrico contenenti inibitori di corrosione e altri additivi, come agenti bagnanti, che, secondo quanto riportato, riducono la suscettibilità alla "corrosione flash".
La scelta definitiva del metodo di passivazione dipenderà dai criteri di accettazione imposti dal cliente. Per maggiori dettagli, consultare la norma ASTM A967, disponibile sul sito www.astm.org.
Spesso si eseguono test per valutare la superficie dei pezzi passivati. La domanda a cui rispondere è: "La passivazione rimuove il ferro libero e ottimizza la resistenza alla corrosione delle leghe ad alta lavorabilità?"
È fondamentale che il metodo di prova sia adeguato al livello di qualità da valutare. Test troppo severi non supereranno la prova anche per materiali perfettamente validi, mentre test troppo permissivi permetteranno la prova anche per componenti non conformi.
Gli acciai inossidabili a indurimento per precipitazione e a lavorabilità migliorata della serie 400 vengono valutati al meglio in una camera in grado di mantenere un'umidità del 100% (campioni umidi) per 24 ore a 35 °C (95 °F). La sezione trasversale è spesso la superficie più critica, soprattutto per le leghe a lavorabilità migliorata. Una delle ragioni di ciò è che il solfuro è allungato nella direzione di lavorazione, intersecando questa superficie.
Le superfici critiche devono essere posizionate verso l'alto, ma con un'inclinazione di 15-20 gradi rispetto alla verticale per consentire la perdita di umidità. Un materiale correttamente passivato difficilmente arrugginirà, sebbene possa presentare lievi macchie.
Gli acciai inossidabili austenitici possono essere valutati anche mediante test di umidità. In tal caso, dovrebbero essere presenti gocce d'acqua sulla superficie del campione, indicando la presenza di ferro libero tramite l'eventuale presenza di ruggine.
Le procedure per la passivazione degli acciai inossidabili a lavorabilità migliorata e non migliorata, comunemente utilizzati, in soluzioni di acido citrico o nitrico, richiedono processi differenti. La Figura 3, riportata di seguito, fornisce dettagli sulla scelta del processo.
(a) Regolare il pH con idrossido di sodio. (b) Vedere la Figura 3 (c) Na2Cr2O7 rappresenta 3 oz/gallone (22 g/l) dicromato di sodio in acido nitrico al 20%. Un'alternativa a questa miscela è acido nitrico al 50% senza dicromato di sodio
Un metodo più rapido consiste nell'utilizzare la soluzione descritta nella norma ASTM A380, "Pratica standard per la pulizia, la decalcificazione e la passivazione di parti, attrezzature e sistemi in acciaio inossidabile". Il test consiste nel pulire il pezzo con una soluzione di solfato di rame/acido solforico, mantenerlo umido per 6 minuti e osservare la presenza di ramatura. In alternativa, il pezzo può essere immerso nella soluzione per 6 minuti. Se il ferro si dissolve, si verifica la ramatura. Questo test non deve essere utilizzato sulle superfici di componenti destinati alla lavorazione degli alimenti. Inoltre, non deve essere utilizzato per acciai martensitici della serie 400 o acciai ferritici a basso contenuto di cromo, poiché potrebbero verificarsi falsi positivi.
Storicamente, per valutare i campioni passivati ​​è stato utilizzato anche il test di nebbia salina al 5% a 35 °C (95 °F). Questo test è troppo severo per alcune tipologie di materiali e generalmente non è necessario per confermare l'efficacia della passivazione.
Evitate di usare quantità eccessive di cloruri, che possono provocare pericolosi attacchi di calore improvvisi. Se possibile, utilizzate solo acqua di alta qualità con una concentrazione di cloruri inferiore a 50 parti per milione (ppm). L'acqua del rubinetto è solitamente sufficiente e in alcuni casi può tollerare concentrazioni di cloruri fino a diverse centinaia di ppm.
È importante sostituire regolarmente il bagno per evitare la perdita del potenziale di passivazione, che può causare scariche elettriche e danni ai componenti. Il bagno deve essere mantenuto alla temperatura corretta, poiché temperature eccessive possono provocare corrosione localizzata.
È importante mantenere un programma di cambio soluzione molto specifico durante i cicli di produzione intensiva per ridurre al minimo il rischio di contaminazione. Un campione di controllo è stato utilizzato per testare l'efficacia del bagno. Se il campione risulta contaminato, è necessario sostituire il bagno.
Si prega di specificare che alcune macchine lavorano esclusivamente acciaio inossidabile; utilizzare lo stesso liquido di raffreddamento preferito per tagliare l'acciaio inossidabile, escludendo tutti gli altri metalli.
I componenti dei supporti DO vengono trattati singolarmente per evitare il contatto metallo-metallo. Ciò è particolarmente importante per l'acciaio inossidabile a lavorabilità migliorata, poiché sono necessarie soluzioni di passivazione e lavaggio a flusso libero per diffondere i prodotti di corrosione nei solfuri ed evitare la formazione di sacche acide.
Non passivare parti in acciaio inossidabile cementato o nitrurato. La resistenza alla corrosione delle parti così trattate potrebbe ridursi al punto da renderle vulnerabili all'attacco nel bagno di passivazione.
Non utilizzare utensili ferrosi in un'officina non particolarmente pulita. È possibile evitare la presenza di particelle metalliche utilizzando utensili in carburo o ceramica.
Non dimenticate che la corrosione può verificarsi nel bagno di passivazione se il pezzo non viene trattato termicamente correttamente. Le leghe martensitiche ad alto tenore di carbonio e cromo devono essere temprate per garantire la resistenza alla corrosione.
La passivazione viene solitamente effettuata dopo un successivo trattamento termico di tempra a temperature che mantengono la resistenza alla corrosione.
Non trascurare la concentrazione di acido nitrico nel bagno di passivazione. Effettua controlli periodici utilizzando la semplice procedura di titolazione fornita da Carpenter. Non passivare più di un acciaio inossidabile alla volta. Ciò previene costosi errori e reazioni galvaniche.
Informazioni sugli autori: Terry A. DeBold è uno specialista in ricerca e sviluppo di leghe di acciaio inossidabile e James W. Martin è un metallurgista specializzato in barre presso la Carpenter Technology Corp. (Reading, Pennsylvania).
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