部品が仕様に従って製造されていることを確認しました。顧客が期待する環境でこれらの部品を保護するための措置を必ず講じてください。＃ベース
不動態化は、ステンレス鋼から機械加工された部品やアセンブリの耐食性を最大化するための重要なステップであり続けます。これにより、満足のいくパフォーマンスが得られるか、早期に障害が発生するかの違いが生じる可能性があります。不適切な不動態化は腐食を引き起こす可能性があります。
不動態化は、加工品の素材であるステンレス鋼合金の固有の耐食性を最大化する加工後技術です。これはスケール除去や塗装ではありません。
パッシベーションが機能する正確なメカニズムについては合意がありません。しかし、不動態化されたステンレス鋼の表面には保護酸化膜があることは確かに知られています。この目に見えないフィルムは非常に薄く、厚さは 0.0000001 インチ未満と言われており、これは人間の髪の毛の約 10 万分の 1 です。
新しく機械加工、研磨、または酸洗した清潔なステンレス鋼部品は、大気中の酸素にさらされることで自動的にこの酸化膜が形成されます。理想的な条件下では、この保護酸化層は部品のすべての表面を完全に覆います。
しかし実際には、加工中に工場の汚れや切削工具からの鉄粒子などの汚染物質がステンレス鋼部品の表面に付着する可能性があります。これらの異物を除去しないと、本来の保護フィルムの効果が低下する可能性があります。
機械加工中に、遊離鉄の痕跡が工具から除去され、ステンレス鋼のワークピースの表面に転写されることがあります。場合によっては、部品に薄い錆の層が現れることがあります。実際、これは母材金属ではなく工具鋼の腐食です。場合によっては、切削工具からの埋め込まれた鋼粒子やその腐食生成物による亀裂が部品自体を侵食する可能性があります。
同様に、鉄を含む冶金学的汚れの小さな粒子が部品の表面に付着する可能性があります。完成した状態では金属は光沢があるように見えますが、空気に触れると、目に見えない遊離鉄の粒子が表面の錆を引き起こす可能性があります。
露出した硫化物も問題になる可能性があります。ステンレス鋼に硫黄を添加して被削性を向上させたものです。硫化物は、機械加工中に合金が切りくずを形成する能力を高め、切りくずを切削工具から完全に除去できます。部品が適切に不動態化されていない場合、硫化物が工業製品の表面腐食の開始点となる可能性があります。
どちらの場合も、ステンレス鋼の自然な耐食性を最大化するには不動態化が必要です。錆を形成したり腐食の起点となる可能性のある鉄粒子や切削工具の鉄粒子などの表面汚染物質を除去します。不動態化は、オープンカットのステンレス鋼合金の表面にある硫化物も除去します。
2 段階の手順で最高の耐食性が得られます。 1. 洗浄、主な手順ですが、無視される場合があります。 2. 酸浴または不動態化。
掃除は常に優先すべきです。最適な耐食性を確保するには、表面からグリース、冷却剤、その他の破片を徹底的に除去する必要があります。機械加工の破片やその他の工場の汚れは、部品を軽く拭き取ることができます。市販の脱脂剤またはクリーナーを使用して、プロセスオイルまたは冷却剤を除去できます。熱酸化物などの異物は、研削や酸洗いなどの方法で除去する必要がある場合があります。
場合によっては、機械のオペレーターが、単に油を塗った部品を酸浴に浸すだけで​​洗浄と不動態化が同時に行われると誤って信じて、基本的な洗浄をスキップすることがあります。そんなことは起こらないでしょう。逆に、汚染されたグリースは酸と反応して気泡を形成します。これらの泡はワークピースの表面に集まり、不動態化を妨げます。
さらに悪いことに、高濃度の塩化物を含む不動態化溶液の汚染により、「フラッシュ」が発生する可能性があります。光沢があり、きれいで、耐食性のある表面を備えた望ましい酸化膜を生成するのとは対照的に、フラッシュ エッチングでは表面が激しくエッチングされたり、黒くなったりする可能性があります。これは不動態化が最適化されるように設計された表面の劣化です。
マルテンサイト系ステンレス鋼部品 [磁性、適度な耐食性、最大約 280,000 psi (1930 MPa) の降伏強度] は、高温で焼き入れされ、その後焼き戻されて、必要な硬度と機械的特性が得られます。析出硬化合金 (マルテンサイト系グレードよりも優れた強度と耐食性を備えています) は、溶体化処理、部分機械加工、低温時効処理を行ってから仕上げることができます。
この場合、熱処理の前に部品を脱脂剤またはクリーナーで徹底的に洗浄し、切削液の痕跡を除去する必要があります。そうしないと、部品上に残ったクーラントが過度の酸化を引き起こす可能性があります。この状態では、酸や研磨方法でスケールを除去した後、小さな部品にへこみが形成される可能性があります。真空炉や保護雰囲気内など、光沢のある硬化した部品にクーラントが残ると、表面浸炭が発生し、耐食性が低下する可能性があります。
徹底的に洗浄した後、ステンレス鋼部品を不動態化酸浴に浸漬できます。硝酸による不動態化、重クロム酸ナトリウムを含む硝酸による不動態化、クエン酸による不動態化の 3 つの方法のいずれも使用できます。どの方法を使用するかは、ステンレス鋼のグレードと指定された合格基準によって異なります。
より耐食性の高いニッケルクロムグレードは、20% (v/v) 硝酸浴で不動態化できます (図 1)。表に示すように、耐性の低いステンレス鋼は、硝酸浴に重クロム酸ナトリウムを添加して溶液の酸化性を高め、金属表面に不動態膜を形成することで不動態化できます。硝酸をクロム酸ナトリウムに置き換える別のオプションは、硝酸の濃度を 50 体積％に増やすことです。重クロム酸ナトリウムの添加と高濃度の硝酸の両方により、不要なフラッシュの可能性が減少します。
機械加工可能なステンレス鋼の不動態化手順 (図 1 にも示されています) は、機械加工不可能なステンレス鋼グレードの手順とは若干異なります。これは、硝酸浴中での不動態化中に、機械加工可能な硫黄含有硫化物の一部またはすべてが除去され、ワー​​クピースの表面に微細な不均一性が生じるためです。
通常効果的な水洗浄であっても、不動態化後のこれらの切れ目に残留酸が残る可能性があります。この酸は中和または除去しないと部品の表面を攻撃します。
機械加工が容易なステンレス鋼を効率的に不動態化するために、カーペンターは残留酸を中和する AAA (アルカリ-酸-アルカリ) プロセスを開発しました。この不動態化方法は 2 時間以内に完了します。段階的なプロセスは次のとおりです。
脱脂後、部品を 160°F ～ 180°F (71°C ～ 82°C) の 5% 水酸化ナトリウム溶液に 30 分間浸漬します。その後、パーツを水でよく洗います。次に、3 oz/gal (22 g/l) の重クロム酸ナトリウムを含む 20% (v/v) 硝酸溶液に部品を 120°F ～ 140°F (49°C) ～ 60°C で 30 分間浸漬します。) 部品を浴槽から取り出した後、水ですすぎ、水酸化ナトリウム溶液に 30 分間浸漬します。部品を再度水ですすぎ、乾燥させて、AAA メソッドが完了します。
クエン酸不動態化は、鉱酸や重クロム酸ナトリウムを含む溶液の使用を避けたいメーカーの間でますます人気が高まっており、またその使用に伴う廃棄の問題や安全性への懸念の増大も避けられません。クエン酸はあらゆる面で環境に優しいと考えられています。
クエン酸不動態化は魅力的な環境上の利点をもたらしますが、無機酸不動態化で成功しており、安全性への懸念がない店舗は、このままでいることを望むかもしれません。これらのユーザーの工場が清潔で、装置の状態が良好で清潔で、冷却液に工場の鉄の堆積物がなく、プロセスで良好な結果が得られている場合は、実際に変更する必要はないかもしれません。
クエン酸浴不動態化は、図 2 に示すように、いくつかのグレードのステンレス鋼を含む幅広いステンレス鋼に有効であることがわかっています。便宜上、図 2.1 には、硝酸による従来の不動態化方法が含まれています。古い硝酸処方は体積パーセントで表され、新しいクエン酸濃度は質量パーセントで表されていることに注意してください。これらの手順を実行する場合、上記の「フラッシュ」を回避するには、浸漬時間、浴温度、および濃度の慎重なバランスが重要であることに注意することが重要です。
不動態化は、各品種のクロム含有量と処理特性によって異なります。プロセス 1 またはプロセス 2 の列に注目してください。図 3 に示すように、プロセス 1 のステップはプロセス 2 よりも少なくなっています。
実験室テストでは、クエン酸不動態化プロセスは硝酸プロセスよりも「沸騰」しやすいことが示されています。この攻撃に寄与する要因には、高すぎる浴温度、長すぎる浸漬時間、および浴の汚染が含まれます。腐食防止剤や湿潤剤などのその他の添加剤を含むクエン酸ベースの製品が市販されており、「フラッシュ腐食」の感受性を軽減することが報告されています。
パッシベーション方法の最終的な選択は、お客様が設定した許容基準によって異なります。詳細については、ASTM A967 を参照してください。www.astm.org からアクセスできます。
不動態化された部品の表面を評価するためにテストがよく行われます。答えるべき質問は、「不動態化により遊離鉄が除去され、自動切断用の合金の耐食性が最適化されるのか?」ということです。
テストメソッドが評価対象のクラスと一致することが重要です。テストが厳しすぎると絶対に良い材料は合格しませんし、テストが弱すぎると不十分な部分が合格します。
PH および加工が容易な 400 シリーズ ステンレス鋼は、95°F (35°C) で 24 時間 100% 湿度 (サンプルが湿った状態) を維持できるチャンバー内で最もよく評価されます。特に快削材の場合、断面は最も重要な面となります。この理由の 1 つは、硫化物がこの表面を横切って機械方向に引っ張られることです。
重要な表面は、湿気の損失を考慮して、垂直から 15 ～ 20 度の角度で上向きに配置する必要があります。適切に不動態化処理された材料はほとんど錆びませんが、小さな斑点が現れる場合があります。
オーステナイト系ステンレス鋼のグレードは、湿気試験によっても評価できます。この試験では、水滴が試験片の表面に存在するはずであり、錆の存在によって遊離鉄が存在することを示します。
クエン酸または硝酸溶液中で一般的に使用される自動および手動のステンレス鋼の不動態化手順には、異なるプロセスが必要です。図上。以下の 3 では、プロセスの選択について詳しく説明します。
(a) 水酸化ナトリウムで pH を調整します。(b) 図を参照してください。3(c) Na2Cr2O7 は、20% 硝酸中の 3 oz/gal (22 g/L) 重クロム酸ナトリウムです。この混合物の代替品は、重クロム酸ナトリウムを含まない 50% 硝酸です。
より迅速なアプローチは、ステンレス鋼部品、機器、およびシステムの洗浄、スケール除去、および不動態化に関する標準慣行である ASTM A380 を使用することです。テストには、硫酸銅/硫酸溶液で部品を拭き、6 分間湿った状態に保ち、銅メッキを観察することが含まれます。あるいは、部品を溶液に 6 分間浸漬することもできます。鉄が溶けると銅めっきが起こります。この試験は食品加工部品の表面には適用されません。また、偽陽性結果が発生する可能性があるため、400 シリーズ マルテンサイト鋼または低クロム フェライト鋼には使用しないでください。
歴史的には、95°F (35°C) での 5% 塩水噴霧試験も不動態化サンプルの評価に使用されてきました。この試験は一部の品種にとっては厳しすぎるため、一般に不動態化の有効性を確認するためには必要ありません。
危険な炎症を引き起こす可能性があるため、過剰な塩化物の使用は避けてください。可能な限り、塩化物が 50 ppm 未満の高品質の水のみを使用してください。通常は水道水で十分ですが、場合によっては、最大数百ppmの塩化物に耐えることができます。
落雷や部品の損傷につながる可能性のある不動態化電位を失わないよう、定期的に浴を交換することが重要です。温度が制御されていないと局所的な腐食が発生する可能性があるため、浴は適切な温度に維持する必要があります。
汚染の可能性を最小限に抑えるために、大規模生産の実行中は非常に具体的な溶液交換スケジュールに従うことが重要です。対照サンプルを使用して、浴の有効性をテストしました。標本が攻撃されている場合は、バスを交換する時期が来ています。
一部の機械はステンレス鋼のみを生産することに注意してください。ステンレス鋼の切断には、他のすべての金属を排除して同じ推奨クーラントを使用してください。
DO ラック部品は金属間の接触を避けるために個別に機械加工されています。硫化物腐食生成物を拡散し、酸ポケットの形成を防ぐには、流れやすい不動態化溶液とフラッシング溶液が必要であるため、これはステンレス鋼の自由加工にとって特に重要です。
浸炭または窒化されたステンレス鋼部品を不動態化しないでください。この方法で処理された部品の耐食性は、不動態化浴で損傷する可能性がある程度に低下する可能性があります。
鉄金属工具は、特に清潔ではない作業場環境では使用しないでください。超硬またはセラミック工具を使用すると、鋼の切りくずを回避できます。
部品が適切に熱処理されていない場合、不動態化バスで腐食が発生する可能性があることに注意してください。炭素とクロムの含有量が高いマルテンサイト系グレードは、耐食性を確保するために硬化する必要があります。
不動態化は通常、耐食性を維持する温度で焼き戻しを行った後に実行されます。
不動態化浴中の硝酸の濃度を無視しないでください。カーペンターが提案した簡単な滴定手順を使用して、定期的なチェックを行う必要があります。一度に複数のステンレス鋼を不動態化しないでください。これにより、コストのかかる混乱が防止され、電気反応が防止されます。
著者について: Terry A. DeBold はステンレス鋼合金の研究開発スペシャリストであり、James W. Martin は Carpenter Technology Corp の棒冶金スペシャリストです。（レディング、ペンシルベニア州）。
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