Hai verificato che le parti siano lavorate secondo le specifiche. Ora, assicurati di aver preso misure per proteggere queste parti nelle condizioni che i tuoi clienti si aspettano. #basic
La passivazione rimane una fase critica per massimizzare la resistenza alla corrosione di base di parti e assemblaggi lavorati in acciaio inossidabile. Può fare la differenza tra prestazioni soddisfacenti e guasti prematuri. Se eseguita in modo improprio, la passivazione può addirittura causare corrosione.
La passivazione è un metodo di post-fabbricazione che massimizza la resistenza intrinseca alla corrosione delle leghe di acciaio inossidabile che compongono il pezzo. Non è un trattamento di disincrostazione né un rivestimento di vernice.
Non esiste un consenso generale sul meccanismo preciso di funzionamento della passivazione. È però certo che sulla superficie dell'acciaio inossidabile passivato è presente una pellicola protettiva di ossido. Si ritiene che questa pellicola invisibile sia estremamente sottile, meno di 0,0000001 pollici di spessore, circa 1/100.000 dello spessore di un capello umano!
Un pezzo in acciaio inossidabile pulito, appena lavorato, lucidato o decapato acquisirà automaticamente questa pellicola di ossido a causa della sua esposizione all'ossigeno atmosferico. In condizioni ideali, questo strato protettivo di ossido ricopre completamente tutte le superfici del pezzo.
Nella pratica, tuttavia, contaminanti come lo sporco dell'officina o particelle di ferro provenienti dagli utensili da taglio possono trasferirsi sulla superficie dei componenti in acciaio inossidabile durante la lavorazione. Se non vengono rimossi, questi corpi estranei possono ridurre l'efficacia della pellicola protettiva originale.
Durante la lavorazione, tracce di ferro libero possono usurarsi dall'utensile e trasferirsi sulla superficie del pezzo in acciaio inossidabile. In alcuni casi, sulla parte può formarsi un sottile strato di ruggine. In realtà si tratta di corrosione dell'acciaio da parte dell'utensile, non del metallo di base. Occasionalmente, fessure di particelle di acciaio incastonate provenienti da utensili da taglio o dai loro prodotti di corrosione possono causare l'erosione della parte stessa.
Allo stesso modo, piccole particelle di sporco ferroso di 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. 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 lavorati.
In entrambi i casi, la passivazione è necessaria per massimizzare la naturale resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile. Rimuove i contaminanti superficiali, come particelle di sporco ferroso di officina e 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 da taglio libero.
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 accuratamente pulite da grasso, refrigerante o altri detriti di officina per una resistenza ottimale alla corrosione. I detriti di lavorazione o altra sporcizia di officina possono essere accuratamente rimossi dal pezzo. Per rimuovere oli di processo o refrigeranti si possono usare sgrassatori o detergenti commerciali. Potrebbe essere necessario rimuovere corpi estranei come ossidi termici tramite metodi quali la molatura o il decapaggio.
A volte un operatore di macchina può saltare la pulizia di base, pensando erroneamente che la pulizia e la passivazione avvengano simultaneamente semplicemente immergendo una parte carica di grasso in un bagno acido. Ciò non accadrà. Al contrario, il grasso contaminato reagisce con l'acido formando bolle d'aria. Queste bolle si raccolgono sulla superficie del pezzo e interferiscono con la passivazione.
Per peggiorare la situazione, la contaminazione delle soluzioni di passivazione, che a volte contengono elevate concentrazioni di cloruri, può causare "flashing". A differenza dell'ottenimento della pellicola di ossido desiderata con una superficie lucida, pulita e resistente alla corrosione, l'incisione flash può dare luogo a una superficie fortemente incisa o scura, un deterioramento superficiale che la passivazione è progettata per ottimizzare.
Le parti realizzate in acciaio inossidabile martensitico [magnetico, moderatamente resistente alla corrosione, limite di snervamento fino a circa 280 ksi (1930 MPa)] vengono temprate a temperature elevate e quindi rinvenute per garantire la durezza e le proprietà meccaniche desiderate. Le leghe temprate per precipitazione, che presentano una maggiore resistenza e resistenza alla corrosione rispetto alle leghe martensitiche, possono essere trattate in soluzione, parzialmente lavorate, invecchiate a temperature più basse e quindi rifinite.
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 rimasto sul pezzo può causare un'ossidazione eccessiva. Questa condizione può causare ammaccature su pezzi sottodimensionati dopo la rimozione delle scaglie con metodi acidi o abrasivi. Se si consente al fluido da taglio di rimanere su pezzi temprati lucidi, ad esempio in un forno a vuoto o in atmosfera protettiva, può verificarsi una carburazione superficiale, con conseguente perdita di resistenza alla corrosione.
Dopo un'accurata pulizia, le parti in acciaio inossidabile possono essere immerse in un bagno acido passivante. È possibile utilizzare tre metodi: passivazione con acido nitrico, passivazione con acido nitrico e bicromato di sodio e passivazione con acido citrico. Il metodo da utilizzare dipende dal grado di acciaio inossidabile e dai criteri di accettazione specificati.
I gradi di cromo-nichel più resistenti alla corrosione possono essere passivati ​​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 bicromato di sodio a un bagno di acido nitrico, rendendo la soluzione più ossidante e in grado di formare una pellicola passiva sulla superficie del metallo. Un'altra opzione per sostituire l'acido nitrico con cromato di sodio è quella di aumentare la concentrazione di acido nitrico al 50% in volume. Sia l'aggiunta di bicromato di sodio sia la maggiore concentrazione di acido nitrico riducono il rischio di flash indesiderati.
La procedura per la passivazione degli acciai inossidabili lavorabili automaticamente (mostrata anche nella Figura 1) è leggermente diversa da quella per i gradi di acciaio inossidabili non lavorabili automaticamente. Questo perché durante la passivazione in un tipico bagno di acido nitrico, alcuni o tutti i solfuri lavorabili contenenti zolfo vengono rimossi, creando discontinuità microscopiche sulla superficie della parte lavorata.
Anche un risciacquo con acqua generalmente efficace può lasciare residui di acido 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 e 82 °C per 30 minuti. Quindi sciacquare abbondantemente i pezzi in acqua. Quindi, immergere il pezzo per 30 minuti in una soluzione di acido nitrico al 20% (v/v) contenente 22 g/l di bicromato di sodio a una temperatura compresa tra 49 e 60 °C. Dopo aver rimosso il pezzo dal bagno, sciacquarlo con acqua e immergerlo nella soluzione di idrossido di sodio per altri 30 minuti. Sciacquare nuovamente il pezzo con acqua e asciugarlo, completando 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 bicromato di sodio, nonché i problemi di smaltimento e le maggiori preoccupazioni per la sicurezza associati al loro utilizzo. L'acido citrico è considerato ecologico sotto ogni aspetto.
Sebbene la passivazione con acido citrico offra interessanti vantaggi ambientali, le officine che hanno avuto successo con la passivazione con acido inorganico e non hanno problemi di sicurezza potrebbero voler continuare così. Se questi utenti hanno un'officina pulita, attrezzature ben tenute e pulite, un refrigerante privo di incrostazioni ferrose e un processo che produce buoni risultati, potrebbe non esserci alcuna reale necessità di modifiche.
Si è scoperto che la passivazione in un bagno di acido citrico è utile per un'ampia gamma di acciai inossidabili, tra cui diversi gradi di acciaio inossidabile individuali, come mostrato nella Figura 2. Per comodità, è incluso il tradizionale metodo di passivazione con acido nitrico nella Figura 1. Si noti che le vecchie formulazioni di acido nitrico sono espresse in percentuale in volume, mentre le più recenti concentrazioni di acido citrico sono espresse in percentuale in peso. È importante notare che quando si implementano queste procedure, è fondamentale bilanciare attentamente il tempo di ammollo, la temperatura del bagno e la concentrazione per evitare il "flashing" descritto in precedenza.
I trattamenti di passivazione variano a seconda del contenuto di cromo e delle caratteristiche di lavorazione di ciascun grado. Notare le colonne che fanno riferimento al Processo 1 o al Processo 2. Come mostrato nella Figura 3, il Processo 1 prevede meno passaggi rispetto al Processo 2.
Test di laboratorio hanno dimostrato che il processo di passivazione con acido citrico è più soggetto a "flashing" rispetto al processo con acido nitrico. I fattori che contribuiscono a questo attacco includono una temperatura del bagno troppo elevata, un tempo di immersione troppo lungo e la contaminazione del bagno. Sono disponibili in commercio prodotti a base di acido citrico contenenti inibitori di corrosione e altri additivi come agenti bagnanti che riducono la suscettibilità alla "corrosione flash".
La scelta finale del metodo di passivazione dipenderà dai criteri di accettazione imposti dal cliente. Per i dettagli, vedere ASTM A967. È possibile accedervi all'indirizzo www.astm.org.
Spesso vengono eseguiti test per valutare la superficie delle parti passivate. La domanda a cui rispondere è: "La passivazione rimuove il ferro libero e ottimizza la resistenza alla corrosione dei gradi di taglio automatico?"
È importante che il metodo di prova corrisponda al grado da valutare. I test troppo rigorosi non saranno idonei per materiali perfettamente buoni, mentre i test troppo flessibili non saranno idonei per parti insoddisfacenti.
Gli acciai inossidabili autolavorabili e temprati per precipitazione della serie 400 vengono valutati al meglio in una cabina in grado di mantenere il 100% di umidità (campioni bagnati) per 24 ore a 95 °F (35 °C). La sezione trasversale è spesso la superficie più critica, soprattutto per i gradi autolavorabili. Uno dei motivi è che il solfuro è allungato nella direzione della 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 adeguatamente passivato difficilmente arrugginirà, anche se potrebbe presentare qualche leggera macchia.
I gradi di acciaio inossidabile austenitico possono essere valutati anche mediante test di umidità. In tal caso, sulla superficie del campione dovrebbero essere presenti gocce d'acqua, che indicano la presenza di ferro libero in base alla presenza di ruggine.
Le procedure per la passivazione degli acciai inossidabili automatici e non automatici comunemente utilizzati in soluzioni di acido citrico o nitrico richiedono processi diversi. La Figura 3 di seguito fornisce dettagli sulla selezione del processo.
(a) Regolare il pH con idrossido di sodio. (b) Vedere Figura 3 (c) Na2Cr2O7 rappresenta 3 oz/gallone (22 g/l) di bicromato di sodio in acido nitrico al 20%. Un'alternativa a questa miscela è l'acido nitrico al 50% senza bicromato di sodio
Un metodo più rapido è quello di utilizzare la soluzione in ASTM A380, "Pratica standard per la pulizia, la decalcificazione e la passivazione di parti, apparecchiature e sistemi in acciaio inossidabile". Il test consiste nello strofinare la parte con una soluzione di solfato di rame/acido solforico, mantenendola bagnata per 6 minuti e osservando la ramatura. In alternativa, la parte può essere immersa nella soluzione per 6 minuti. Se il ferro si dissolve, si verifica la ramatura. Questo test non deve essere utilizzato sulle superfici di parti destinate alla lavorazione alimentare. Inoltre, non deve essere utilizzato per acciai martensitici della serie 400 o ferritici a basso tenore di cromo poiché potrebbero verificarsi risultati falsi positivi.
Storicamente, per valutare i campioni passivati ​​è stato utilizzato anche il test della nebbia salina al 5% a 95°F (35°C). Questo test è troppo severo per alcuni gradi e generalmente non è necessario per confermare l'efficacia della passivazione.
Evitare l'uso di cloruri in eccesso, che possono causare attacchi di flash dannosi. Se possibile, utilizzare solo acqua di alta qualità con meno di 50 parti per milione (ppm) di cloruro. L'acqua del rubinetto è solitamente sufficiente e può tollerare fino a diverse centinaia di ppm di cloruro in alcuni casi.
È importante sostituire regolarmente il bagno per evitare la perdita del potenziale di passivazione che può causare scariche elettriche e danni alle parti. Il bagno deve essere mantenuto alla temperatura corretta, poiché temperature fuori controllo possono causare corrosione localizzata.
È importante mantenere un programma di cambio soluzione molto specifico durante cicli di produzione elevati per ridurre al minimo il rischio di contaminazione. È stato utilizzato un campione di controllo per testare l'efficacia del bagno. Se il campione risulta attaccato, è il momento di sostituire il bagno.
Si prega di specificare che alcune macchine lavorano solo acciaio inossidabile; utilizzare lo stesso refrigerante preferito per tagliare l'acciaio inossidabile, escludendo tutti gli altri metalli.
I componenti del rack DO vengono trattati singolarmente per evitare il contatto metallo su metallo. Ciò è particolarmente importante per la lavorazione libera dell'acciaio inossidabile, in quanto sono necessarie soluzioni di passivazione e lavaggio a flusso libero per diffondere i prodotti della corrosione nei solfuri ed evitare la formazione di sacche acide.
Non passivare le parti in acciaio inossidabile cementate o nitrurate. La resistenza alla corrosione delle parti così trattate potrebbe ridursi al punto da essere attaccate dal bagno di passivazione.
Non utilizzare utensili ferrosi in un ambiente di officina non particolarmente pulito. È possibile evitare la formazione di granuli di acciaio utilizzando utensili in carburo o ceramica.
Non dimenticare che può verificarsi corrosione nel bagno di passivazione se il pezzo non viene trattato termicamente in modo adeguato. I gradi martensitici ad alto tenore di carbonio e cromo devono essere temprati per resistere alla corrosione.
La passivazione viene solitamente effettuata dopo la successiva tempra, utilizzando temperature che mantengano la resistenza alla corrosione.
Non ignorare la concentrazione di acido nitrico nel bagno di passivazione. È necessario effettuare controlli periodici utilizzando la semplice procedura di titolazione fornita da Carpenter. Non passivare più di un acciaio inossidabile alla volta. Ciò evita costose confusioni ed evita reazioni galvaniche.
Informazioni sugli autori: Terry A. DeBold è uno specialista nella ricerca e sviluppo di leghe di acciaio inossidabile e James W. Martin è un metallurgista di barre presso la Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
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