부품이 사양에 따라 제조되었는지 확인했습니다. 이제 고객이 기대하는 환경에서 부품을 보호하기 위한 조치를 취하십시오. #base
부동태화는 스테인리스강으로 가공된 부품 및 조립품의 내식성을 극대화하는 데 중요한 단계입니다. 이는 만족스러운 성능과 조기 파손의 차이를 만들 수 있습니다. 잘못된 부동태화는 부식을 유발할 수 있습니다.
부동태화는 가공물의 소재인 스테인리스강 합금의 내식성을 극대화하는 후가공 기술입니다. 이는 스케일 제거나 도색과는 다릅니다.
부동태화가 정확히 어떻게 작용하는지에 대한 합의는 없습니다. 하지만 부동태화된 스테인리스강 표면에 보호 산화막이 존재한다는 것은 확실합니다. 이 보이지 않는 막은 두께가 0.0000001인치(약 1.2cm) 미만으로 매우 얇다고 알려져 있는데, 이는 사람 머리카락 굵기의 약 10만 분의 1에 해당합니다!
깨끗하고 갓 가공되었거나, 연마되었거나, 산세척된 스테인리스강 부품은 대기 중 산소에 노출되어 자동으로 이러한 산화막을 형성합니다. 이상적인 조건에서는 이 보호 산화막이 부품의 모든 표면을 완전히 덮습니다.
그러나 실제로는 공장 먼지나 절삭 공구의 철 입자와 같은 오염 물질이 가공 과정에서 스테인리스강 부품 표면에 묻을 수 있습니다. 이러한 이물질을 제거하지 않으면 원래 보호막의 효과가 감소할 수 있습니다.
가공 중 공구에 남아 있는 철분을 제거하여 스테인리스강 가공물 표면으로 옮길 수 있습니다. 경우에 따라 부품에 얇은 녹 층이 생길 수 있습니다. 실제로 이는 모재가 아닌 공구강의 부식입니다. 절삭 공구나 그 부식 생성물에서 발생하는 철 입자로 인한 균열이 부품 자체를 침식시키는 경우도 있습니다.
마찬가지로, 작은 철 금속 먼지 입자가 부품 표면에 부착될 수 있습니다. 금속은 완성된 상태에서는 광택이 나 보일 수 있지만, 공기에 노출되면 눈에 보이지 않는 유리 철 입자가 표면 녹을 유발할 수 있습니다.
노출된 황화물 또한 문제가 될 수 있습니다. 황화물은 스테인리스강에 황을 첨가하여 가공성을 향상시킴으로써 생성됩니다. 황화물은 가공 중 합금의 칩 형성 능력을 증가시켜 절삭 공구에서 완전히 제거할 수 있습니다. 부품이 적절하게 부동태화되지 않으면 황화물이 산업 제품 표면 부식의 시작점이 될 수 있습니다.
두 경우 모두 스테인리스강의 내식성을 극대화하기 위해 부동태화가 필요합니다. 부동태화는 철 입자 및 절삭 공구의 철 입자와 같이 녹을 형성하거나 부식의 시작점이 될 수 있는 표면 오염 물질을 제거합니다. 또한, 개방 절단 스테인리스강 합금 표면에서 발견되는 황화물도 제거합니다.
2단계 절차는 최고의 내식성을 제공합니다. 1. 세척은 주요 절차이지만 때로는 무시됩니다. 2. 산욕 또는 부동태화.
세척은 항상 최우선 사항입니다. 최적의 내식성을 보장하기 위해 표면의 그리스, 냉각수 또는 기타 이물질을 철저히 제거해야 합니다. 가공 잔여물이나 기타 공장 오염물은 부품에서 부드럽게 닦아낼 수 있습니다. 시판되는 탈지제나 세척제를 사용하여 공정 오일이나 냉각수를 제거할 수 있습니다. 열 산화물과 같은 이물질은 연삭이나 산세척과 같은 방법으로 제거해야 할 수도 있습니다.
때때로 기계 작업자는 오일 처리된 부품을 산 용액에 담그기만 하면 세척과 부동태화가 동시에 일어날 것이라고 착각하여 기본 세척을 건너뛸 수 있습니다. 하지만 실제로는 그렇지 않습니다. 반대로, 오염된 그리스는 산과 반응하여 기포를 생성합니다. 이 기포는 작업물 표면에 쌓여 부동태화를 방해합니다.
더 심각한 문제는, 때때로 고농도의 염화물을 포함하는 패시베이션 용액의 오염으로 인해 "플래시" 현상이 발생할 수 있다는 것입니다. 플래시 에칭은 광택이 나고 깨끗하며 부식에 강한 표면을 가진 원하는 산화막을 생성하는 것과는 달리, 표면의 심한 에칭이나 흑화 현상을 초래할 수 있습니다. 패시베이션은 이러한 표면 손상을 최적화하기 위해 설계되었습니다.
마르텐사이트계 스테인리스강 부품[자성, 중간 정도의 내식성, 최대 약 280,000psi(1930MPa)의 항복 강도]은 고온에서 담금질 후 템퍼링하여 원하는 경도와 기계적 성질을 얻습니다. 석출 경화 합금(마르텐사이트계보다 강도와 내식성이 우수함)은 용체화 처리, 부분 가공, 저온 시효 처리 후 마무리 가공할 수 있습니다.
이 경우, 열처리 전에 탈지제나 세척제로 부품을 철저히 세척하여 절삭유 흔적을 제거해야 합니다. 그렇지 않으면 부품에 남아 있는 냉각수가 과도한 산화를 유발할 수 있습니다. 이러한 상태는 산이나 연마재로 스케일을 제거한 후 작은 부품에 덴트(움푹 들어간 부분)가 생길 수 있습니다. 진공로나 보호 분위기와 같이 광택이 나는 경화 부품에 냉각수가 남아 있으면 표면 침탄이 발생하여 내식성이 저하될 수 있습니다.
스테인리스강 부품을 철저히 세척한 후, 부동태화 산 용액에 담글 수 있습니다. 질산 부동태화, 중크롬산나트륨을 이용한 질산 부동태화, 구연산 부동태화, 세 가지 방법 중 하나를 사용할 수 있습니다. 어떤 방법을 사용할지는 스테인리스강의 등급과 지정된 합격 기준에 따라 달라집니다.
내식성이 더 높은 니켈 크롬 등급은 20%(v/v) 질산 용액에서 부동태화할 수 있습니다(그림 1). 표에서 볼 수 있듯이, 내식성이 낮은 스테인리스강은 질산 용액에 중크롬산나트륨을 첨가하여 용액의 산화력을 높이고 금속 표면에 부동태화 피막을 형성할 수 있도록 부동태화할 수 있습니다. 질산을 크롬산나트륨으로 대체하는 또 다른 방법은 질산 농도를 부피 기준 50%로 높이는 것입니다. 중크롬산나트륨을 첨가하고 질산 농도를 높이면 원치 않는 플래시 발생 가능성이 줄어듭니다.
기계 가공 가능한 스테인리스강(그림 1 참조)의 부동태화 절차는 기계 가공이 불가능한 스테인리스강의 부동태화 절차와 약간 다릅니다. 이는 질산 용액에서 부동태화하는 동안 기계 가공이 가능한 황 함유 황화물의 일부 또는 전부가 제거되어 가공물 표면에 미세한 불균일성이 발생하기 때문입니다.
일반적으로 효과적인 물 세척조차도 부동태화 후 이러한 불연속 부위에 잔류 산을 남길 수 있습니다. 이 산은 중화되거나 제거되지 않으면 부품 표면을 손상시킵니다.
기계 가공이 쉬운 스테인리스강의 효율적인 부동태화를 위해, 카펜터는 잔류 산을 중화하는 AAA(알칼리-산-알칼리) 공정을 개발했습니다. 이 부동태화 공정은 2시간 이내에 완료할 수 있습니다. 단계별 과정은 다음과 같습니다.
탈지 후, 부품을 71°C~82°C(160°F~180°F)의 5% 수산화나트륨 용액에 30분간 담가둡니다. 그런 다음 부품을 물로 깨끗이 헹굽니다. 그런 다음, 49°C~60°C(120°F~140°F)의 중크롬산나트륨 3온스/갤런(22g/L)이 포함된 20%(v/v) 질산 용액에 부품을 30분간 담급니다. 부품을 수조에서 꺼낸 후 물로 헹군 다음, 수산화나트륨 용액에 30분간 담급니다. 부품을 다시 물로 헹구고 건조시켜 AAA 방법을 완료합니다.
구연산 부동태화는 무기산이나 중크롬산나트륨이 함유된 용액의 사용을 피하고, 폐기 문제와 안전 문제 증가를 우려하는 제조업체들 사이에서 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 구연산은 모든 면에서 친환경적인 것으로 간주됩니다.
구연산 부동태화는 매력적인 환경적 이점을 제공하지만, 무기산 부동태화로 성공을 거두고 안전 문제가 없는 매장은 기존 방식을 고수하는 것이 좋습니다. 이러한 매장의 작업장이 깨끗하고, 장비 상태가 양호하며, 냉각수에 공장에서 발생한 철분 침전물이 없고, 공정 결과가 양호하다면 실질적인 교체 필요성은 없을 수 있습니다.
구연산 욕조 부동태화는 그림 2에서 볼 수 있듯이 여러 등급의 스테인리스강을 포함하여 광범위한 스테인리스강에 유용한 것으로 나타났습니다. 편의상 그림 2.1에는 질산을 이용한 기존 부동태화 방법이 포함되어 있습니다. 기존 질산 조성은 부피 백분율로, 새로운 구연산 농도는 질량 백분율로 표시됩니다. 이러한 절차를 수행할 때는 위에서 설명한 "플래싱" 현상을 방지하기 위해 침지 시간, 욕조 온도, 농도의 균형을 신중하게 조절하는 것이 중요합니다.
부동태화는 각 품종의 크롬 함량과 가공 특성에 따라 달라집니다. 공정 1 또는 공정 2에 해당하는 열에 주목하십시오. 그림 3에서 볼 수 있듯이 공정 1은 공정 2보다 단계가 적습니다.
실험실 실험 결과, 구연산 부동태화 공정은 질산 공정보다 "비등" 현상이 더 자주 발생하는 것으로 나타났습니다. 이러한 현상에 기여하는 요인으로는 너무 높은 수조 온도, 너무 긴 침지 시간, 그리고 수조 오염 등이 있습니다. 부식 억제제와 습윤제와 같은 기타 첨가제를 함유한 구연산 기반 제품이 시중에 판매되고 있으며, "플래시 부식" 발생 가능성을 줄이는 것으로 알려져 있습니다.
최종 부동태화 방법은 고객이 설정한 승인 기준에 따라 결정됩니다. 자세한 내용은 ASTM A967을 참조하십시오. ASTM A967은 www.astm.org에서 확인할 수 있습니다.
부동태화된 부품의 표면을 평가하기 위해 종종 시험이 수행됩니다. 여기서 답해야 할 질문은 "부동태화가 자유 철분을 제거하고 자동 절삭용 합금의 내식성을 최적화하는가?"입니다.
시험 방법이 평가 대상 수업과 일치하는 것이 중요합니다. 너무 엄격한 시험은 절대적으로 좋은 자료를 통과시키지 못할 것이고, 너무 약한 시험은 만족스럽지 못한 부분을 통과시킬 것입니다.
PH 및 가공이 용이한 400계 스테인리스강은 35°C(95°F)에서 24시간 동안 100% 습도(샘플 습윤)를 유지할 수 있는 챔버에서 가장 잘 평가됩니다. 특히 쾌삭재의 경우, 단면이 가장 중요한 표면입니다. 그 이유 중 하나는 황화물이 이 표면을 가로질러 기계 방향으로 끌려가기 때문입니다.
중요한 표면은 위쪽을 향하게 배치해야 하지만, 수분 손실을 고려하여 수직에서 15~20도 각도로 배치해야 합니다. 적절하게 부동태화된 재료는 거의 녹슬지 않지만, 작은 얼룩이 생길 수는 있습니다.
오스테나이트계 스테인리스강은 수분 시험을 통해서도 평가할 수 있습니다. 이 시험에서는 시편 표면에 물방울이 맺혀 있어야 하며, 이는 녹의 존재로 유리 철을 나타냅니다.
구연산 또는 질산 용액에서 일반적으로 사용되는 자동 및 수동 스테인리스강의 부동태화 공정에는 서로 다른 공정이 필요합니다. 아래 그림 3은 공정 선택에 대한 자세한 내용을 보여줍니다.
(a) 수산화나트륨으로 pH를 조절합니다. (b) 그림 3(c) 참조. Na2Cr2O7은 20% 질산에 3온스/갤런(22g/L)의 중크롬산나트륨을 첨가한 것입니다. 이 혼합물의 대안으로 중크롬산나트륨을 첨가하지 않은 50% 질산을 사용할 수 있습니다.
더 빠른 방법은 스테인리스강 부품, 장비 및 시스템의 세척, 스케일 제거 및 부동태화에 대한 표준 관행(Standard Practice for Cleaning, Descaling, and Passivation of Stainless Steel Parts, Equipment and Systems)인 ASTM A380을 사용하는 것입니다. 이 시험에는 황산구리/황산 용액으로 부품을 닦고 6분 동안 젖은 상태로 유지한 후 구리 도금을 관찰하는 과정이 포함됩니다. 또는 부품을 용액에 6분 동안 담글 수도 있습니다. 철이 용해되면 구리 도금이 발생합니다. 이 시험은 식품 가공 부품 표면에는 적용되지 않습니다. 또한, 400 시리즈 마르텐사이트강이나 저크롬 페라이트강에는 위양성 결과가 발생할 수 있으므로 사용해서는 안 됩니다.
전통적으로 35°C(95°F)에서 5% 염수 분무 시험은 부동태화 처리된 시료를 평가하는 데 사용되어 왔습니다. 이 시험은 일부 품종에는 너무 엄격하여 일반적으로 부동태화 효과를 확인하는 데 필요하지 않습니다.
위험한 폭발을 유발할 수 있는 과도한 염화물 사용은 피하십시오. 가능하면 염화물 함량이 50ppm(백만분의 일) 미만인 고품질 물만 사용하십시오. 수돗물만으로도 충분하며, 경우에 따라 최대 수백ppm의 염화물에도 견딜 수 있습니다.
부동태화 전위가 손실되어 낙뢰 및 부품 손상으로 이어질 수 있으므로, 욕조를 정기적으로 교체하는 것이 중요합니다. 욕조는 적절한 온도로 유지되어야 합니다. 온도 조절이 되지 않으면 국부 부식이 발생할 수 있습니다.
대량 생산 시에는 오염 가능성을 최소화하기 위해 매우 구체적인 용액 교체 일정을 준수하는 것이 중요합니다. 용액의 효과를 테스트하기 위해 대조 샘플을 사용했습니다. 샘플이 손상되었다면 용액을 교체해야 합니다.
일부 기계는 스테인리스 스틸만 생산한다는 점에 유의하세요. 다른 금속은 제외하고 스테인리스 스틸을 절단하는 데 사용하는 것과 동일한 기본 냉각수를 사용하세요.
DO 랙 부품은 금속 간 접촉을 방지하기 위해 별도로 가공됩니다. 이는 스테인리스강의 자유 가공에 특히 중요한데, 황화물 부식 생성물을 확산시키고 산포켓 형성을 방지하기 위해 유동성이 좋은 부동태화 및 플러싱 용액이 필요하기 때문입니다.
침탄 또는 질화 처리된 스테인리스강 부품은 부동태화 처리하지 마십시오. 이러한 방식으로 처리된 부품은 내식성이 저하되어 부동태화조에서 손상될 수 있습니다.
특별히 깨끗하지 않은 작업장에서 철금속 공구를 사용하지 마십시오. 초경 공구나 세라믹 공구를 사용하면 철 조각이 생기는 것을 방지할 수 있습니다.
부품이 적절하게 열처리되지 않은 경우 부동태화조에서 부식이 발생할 수 있으므로 주의하십시오. 탄소와 크롬 함량이 높은 마르텐사이트 재질은 내식성을 위해 경화 처리해야 합니다.
수동화는 일반적으로 내식성을 유지하는 온도에서 후속 템퍼링 작업을 한 후에 수행됩니다.
부동태화조 내 질산 농도를 간과해서는 안 됩니다. 카펜터가 제안한 간단한 적정 방법을 사용하여 주기적으로 확인해야 합니다. 한 번에 두 개 이상의 스테인리스강을 부동태화하지 마십시오. 이는 값비싼 혼란을 방지하고 갈바닉 반응을 방지합니다.
저자 소개: 테리 A. 드볼드는 Carpenter Technology Corp.의 스테인리스강 합금 R&D 전문가이고, 제임스 W. 마틴은 막대 야금 전문가입니다.(펜실베이니아주 레딩)
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