부품이 사양에 맞게 제조되었음을 확인했습니다.이제 고객이 기대하는 환경에서 이러한 부품을 보호하기 위한 조치를 취해야 합니다.#베이스
패시베이션은 스테인리스강으로 가공된 부품 및 조립품의 내식성을 최대화하는 중요한 단계로 남아 있습니다.이것은 만족스러운 성능과 조기 실패 사이의 차이를 만들 수 있습니다.잘못된 패시베이션은 부식을 일으킬 수 있습니다.
패시베이션은 공작물을 만드는 스테인리스강 합금의 내식성을 최대화하는 후가공 기술입니다.이것은 디스케일링이나 페인팅이 아닙니다.
패시베이션이 작동하는 정확한 메커니즘에 대한 합의가 없습니다.그러나 부동태화된 스테인리스 스틸 표면에 보호 산화막이 있다는 것은 확실하게 알려져 있습니다.이 보이지 않는 필름은 두께가 0.0000001인치 미만으로 매우 얇다고 합니다. 이는 머리카락 굵기의 약 1/100,000입니다!
깨끗하고 새로 가공되고 광택이 나거나 산세척된 스테인리스강 부품은 대기 산소에 노출되어 이 산화막을 자동으로 획득합니다.이상적인 조건에서 이 보호 산화물 층은 부품의 모든 표면을 완전히 덮습니다.
그러나 실제로는 가공 중에 공장 먼지나 절삭 공구의 철 입자와 같은 오염 물질이 스테인리스강 부품의 표면에 묻을 수 있습니다.제거하지 않으면 이러한 이물질이 원래 보호 필름의 효과를 감소시킬 수 있습니다.
기계 가공 중에 자유 철의 흔적이 공구에서 제거되어 스테인리스강 공작물의 표면으로 옮겨질 수 있습니다.어떤 경우에는 부품에 얇은 녹층이 나타날 수 있습니다.사실 이것은 모재가 아니라 공구강의 부식입니다.때로는 절삭 공구 또는 그 부식 제품에서 내장된 강철 입자로 인한 균열이 부품 자체를 침식할 수 있습니다.
유사하게, 철 금속 먼지의 작은 입자가 부품 표면에 달라붙을 수 있습니다.금속이 완성된 상태에서 광택이 나는 것처럼 보일 수 있지만 공기에 노출된 후 눈에 보이지 않는 자유 철 입자가 표면 녹을 유발할 수 있습니다.
노출된 황화물도 문제가 될 수 있습니다.스테인리스강에 유황을 첨가해 가공성을 높인 것이다.황화물은 절삭 공구에서 완전히 제거할 수 있는 가공 중에 칩을 형성하는 합금의 능력을 증가시킵니다.부품이 적절하게 부동태화되지 않으면 황화물이 산업 제품 표면 부식의 시작점이 될 수 있습니다.
두 경우 모두 스테인리스강의 자연 부식 저항성을 최대화하기 위해 부동태화가 필요합니다.녹을 형성하거나 부식의 기점이 될 수 있는 절삭 공구의 철 입자 및 철 입자와 같은 표면 오염 물질을 제거합니다.패시베이션은 또한 개방형 스테인리스강 합금의 표면에서 발견되는 황화물을 제거합니다.
2단계 절차는 최고의 내부식성을 제공합니다. 1. 세척, 주요 절차이지만 때때로 무시됨 2. 산성 수조 또는 부동태화.
항상 청소가 우선되어야 합니다.최적의 내식성을 보장하려면 표면을 그리스, 냉각수 또는 기타 잔해물로 철저히 청소해야 합니다.가공 잔해 또는 기타 공장 먼지를 부품에서 부드럽게 닦아낼 수 있습니다.상업용 탈지제 또는 세정제를 사용하여 공정 오일 또는 냉각수를 제거할 수 있습니다.열 산화물과 같은 이물질은 분쇄 또는 산 세척과 같은 방법으로 제거해야 할 수 있습니다.
때때로 기계 작업자는 단순히 산성 수조에 오일이 묻은 부분을 담그는 것만으로 세척과 패시베이션이 동시에 발생할 것이라고 잘못 믿고 기본 세척을 건너뛸 수 있습니다.그것은 일어나지 않을 것입니다.반대로 오염된 그리스는 산과 반응하여 기포를 형성합니다.이러한 기포는 공작물 표면에 모여 패시베이션을 방해합니다.
설상가상으로 때때로 고농도의 염화물을 포함하는 패시베이션 용액의 오염은 "플래시"를 유발할 수 있습니다.광택이 있고 깨끗하며 내부식성 표면을 가진 원하는 산화막을 생성하는 것과는 대조적으로, 플래시 에칭은 표면의 심한 에칭 또는 검게 변하는 결과를 초래할 수 있습니다. 이는 패시베이션이 최적화하도록 설계된 표면의 열화입니다.
마르텐사이트계 스테인리스강 부품[자석, 적당히 내부식성, 최대 약 280,000psi(1930MPa)의 항복 강도]은 고온에서 담금질한 다음 원하는 경도와 기계적 특성을 제공하기 위해 템퍼링됩니다.석출 경화 합금(마텐자이트계 등급보다 강도와 내부식성이 우수함)은 용체화 처리, 부분 기계 가공, 저온 시효 처리 및 마감 처리가 가능합니다.
이 경우 절삭유의 흔적을 제거하기 위해 열처리 전에 탈지제 또는 클리너로 부품을 철저히 청소해야 합니다.그렇지 않으면 부품에 남아있는 냉각수가 과도한 산화를 유발할 수 있습니다.이 조건은 산 또는 연마 방법으로 석회질을 제거한 후 더 작은 부품에 찌그러짐이 형성될 수 있습니다.진공로나 보호 분위기와 같이 광택이 있는 경화 부품에 쿨런트가 남아 있으면 표면 침탄이 발생하여 내식성을 잃을 수 있습니다.
철저히 세척한 후 스테인리스 스틸 부품을 부동태화 산성 수조에 담글 수 있습니다.질산으로 부동태화, 중크롬산나트륨으로 질산으로 부동태화, 구연산으로 부동태화의 세 가지 방법 중 하나를 사용할 수 있습니다.사용할 방법은 스테인리스강의 등급과 지정된 허용 기준에 따라 다릅니다.
내부식성이 더 높은 니켈 크롬 등급은 20%(v/v) 질산 수조에서 부동태화될 수 있습니다(그림 1).표에서 볼 수 있듯이, 저항력이 낮은 스테인리스강은 중크롬산나트륨을 질산욕에 첨가하여 부동태화하여 용액을 더욱 산화시키고 금속 표면에 부동태화 막을 형성할 수 있습니다.질산을 크롬산나트륨으로 대체하는 또 다른 옵션은 질산의 농도를 부피의 50%로 높이는 것입니다.중크롬산나트륨을 첨가하고 질산 농도를 높이면 원하지 않는 플래시의 가능성이 줄어듭니다.
가공 가능한 스테인리스강(그림 1에도 표시됨)의 부동태화 절차는 가공 불가능한 스테인리스강 등급의 절차와 약간 다릅니다.이는 질산 수조에서 패시베이션하는 동안 가공 가능한 황 함유 황화물의 일부 또는 전부가 제거되어 공작물 표면에 미세한 불균일성이 생성되기 때문입니다.
일반적으로 효과적인 물 세척도 패시베이션 후 이러한 불연속부에 잔류 산을 남길 수 있습니다.이 산은 중화되거나 제거되지 않으면 부품 표면을 공격합니다.
가공하기 쉬운 스테인리스강의 효율적인 부동태화를 위해 Carpenter는 잔류 산을 중화하는 AAA(Alkaline-Acid-Alkaline) 공정을 개발했습니다.이 패시베이션 방법은 2시간 이내에 완료할 수 있습니다.단계별 프로세스는 다음과 같습니다.
탈지 후 부품을 160°F ~ 180°F(71°C ~ 82°C)에서 30분 동안 5% 수산화나트륨 용액에 담급니다.그런 다음 부품을 물로 완전히 헹굽니다.그런 다음 부품을 120°F ~ 140°F(49°C) ~ 60°C에서 3oz/gal(22g/l) 중크롬산나트륨이 포함된 20%(v/v) 질산 용액에 30분 동안 담급니다.) 수조에서 부품을 꺼낸 후 물로 헹구고 수산화나트륨 용액에 30분 동안 담근다.부분을 ​​다시 물로 헹구고 말리면 AAA법이 완성된다.
구연산 패시베이션은 무기산 또는 중크롬산나트륨을 함유한 용액의 사용을 피하고 폐기 문제와 사용과 관련된 안전 문제 증가를 원하는 제조업체들에게 점점 인기를 얻고 있습니다.구연산은 모든 면에서 환경 친화적인 것으로 간주됩니다.
구연산 부동태화는 매력적인 환경적 이점을 제공하지만 무기산 부동태화로 성공했고 안전 문제가 없는 상점은 과정을 유지하기를 원할 수 있습니다.이러한 사용자가 작업장을 청소하고 장비 상태가 양호하고 깨끗하며 냉각수에 공장에서 철 침전물이 없고 공정 결과가 양호하다면 실제 변경이 필요하지 않을 수 있습니다.
구연산 욕 부동태화는 그림 2와 같이 여러 개별 등급의 스테인리스강을 포함하여 광범위한 스테인리스강에 유용한 것으로 밝혀졌습니다. 편의상 그림 2.1에는 질산을 사용한 전통적인 부동태화 방법이 포함되어 있습니다.이전 질산 제제는 부피 백분율로 표시되는 반면 새로운 구연산 농도는 질량 백분율로 표시됩니다.이러한 절차를 수행할 때 위에서 설명한 "번쩍임"을 방지하려면 담그는 시간, 수조 온도 및 농도의 신중한 균형이 중요하다는 점에 유의해야 합니다.
패시베이션은 크롬 함량 및 각 품종의 처리 특성에 따라 다릅니다.프로세스 1 또는 프로세스 2에 대한 열을 확인하십시오. 그림 3에 표시된 것처럼 프로세스 1에는 프로세스 2보다 단계 수가 적습니다.
실험실 테스트에서는 구연산 부동태화 공정이 질산 공정보다 "끓는" 경향이 더 높은 것으로 나타났습니다.이 공격에 기여하는 요인에는 너무 높은 수조 온도, 너무 긴 담금 시간 및 수조 오염이 포함됩니다.부식 방지제 및 습윤제와 같은 기타 첨가제를 포함하는 구연산 기반 제품은 상업적으로 이용 가능하며 "플래시 부식" 민감성을 감소시키는 것으로 보고되었습니다.
패시베이션 방법의 최종 선택은 고객이 설정한 허용 기준에 따라 달라집니다.자세한 내용은 ASTM A967을 참조하십시오.www.astm.org에서 액세스할 수 있습니다.
부동태화된 부품의 표면을 평가하기 위해 테스트가 종종 수행됩니다.대답해야 할 질문은 "부동태화가 자유 철을 제거하고 자동 절단을 위해 합금의 내식성을 최적화합니까?"입니다.
테스트 방법이 평가되는 클래스와 일치하는 것이 중요합니다.너무 엄격한 테스트는 좋은 재료를 완전히 통과하지 못하고 너무 약한 테스트는 만족스럽지 못한 부분을 통과합니다.
PH 및 가공이 용이한 400 시리즈 스테인리스강은 35°C(95°F)에서 24시간 동안 100% 습도(습식 샘플)를 유지할 수 있는 챔버에서 가장 잘 평가됩니다.단면은 종종 특히 쾌삭 등급의 경우 가장 중요한 표면입니다.이에 대한 한 가지 이유는 황화물이 이 표면을 가로질러 기계 방향으로 당겨지기 때문입니다.
중요한 표면은 위쪽에 위치해야 하지만 수분 손실을 허용하기 위해 수직에서 15~20도 각도로 위치해야 합니다.적절하게 부동태화된 재료는 작은 반점이 나타날 수 있지만 거의 녹슬지 않습니다.
오스테나이트계 스테인리스강 등급은 수분 테스트로도 평가할 수 있습니다.이 테스트에서 물 방울이 시편 표면에 나타나야 하며 이는 녹이 존재하여 자유 철을 나타냅니다.
구연산 또는 질산 용액에서 일반적으로 사용되는 자동 및 수동 스테인리스강에 대한 부동태화 절차에는 다른 공정이 필요합니다.무화과에.아래 3은 프로세스 선택에 대한 세부 정보를 제공합니다.
(a) 수산화나트륨으로 pH를 조정한다.(b) 그림을 참조하십시오.3(c) Na2Cr2O7은 20% 질산의 중크롬산나트륨 3oz/gal(22g/L)입니다.이 혼합물의 대안은 중크롬산나트륨이 없는 50% 질산입니다.
더 빠른 접근 방식은 ASTM A380, 스테인리스 스틸 부품, 장비 및 시스템의 세척, 스케일 제거 및 부동태화에 대한 표준 관행을 사용하는 것입니다.테스트에는 황산구리/황산 용액으로 부품을 닦고, 6분 동안 젖은 상태로 유지하고, 구리 도금을 관찰하는 것이 포함됩니다.또는 부품을 6분 동안 용액에 담글 수 있습니다.철이 용해되면 구리 도금이 발생합니다.이 테스트는 식품 가공 부품의 표면에는 적용되지 않습니다.또한 위양성 결과가 발생할 수 있으므로 400 시리즈 마르텐사이트 강 또는 저크롬 페라이트 강에 사용하면 안 됩니다.
역사적으로 95°F(35°C)에서 5% 염수 분무 테스트는 부동태화된 샘플을 평가하는 데에도 사용되었습니다.이 테스트는 일부 품종에 대해 너무 엄격하며 일반적으로 패시베이션의 효과를 확인하는 데 필요하지 않습니다.
위험한 발적을 일으킬 수 있는 과도한 염화물 사용을 피하십시오.가능하면 염화물 함량이 50ppm 미만인 양질의 물만 사용하십시오.일반적으로 수돗물이면 충분하며 어떤 경우에는 최대 수백 ppm의 염화물을 견딜 수 있습니다.
낙뢰 및 부품 손상으로 이어질 수 있는 패시베이션 전위를 잃지 않도록 수조를 정기적으로 교체하는 것이 중요합니다.제어되지 않은 온도는 국부적인 부식을 유발할 수 있으므로 수조는 적절한 온도로 유지되어야 합니다.
오염 가능성을 최소화하기 위해 대규모 생산 실행 중에 매우 구체적인 용액 변경 일정을 따르는 것이 중요합니다.목욕의 효과를 테스트하기 위해 대조군 샘플을 사용했습니다.표본이 공격을 받았다면 욕조를 교체할 때입니다.
일부 기계는 스테인리스 스틸만 생산합니다.다른 모든 금속을 제외하고 스테인리스 스틸을 절단할 때 선호하는 동일한 절삭유를 사용하십시오.
DO 랙 부품은 금속과 금속의 접촉을 피하기 위해 별도로 가공됩니다.이것은 스테인리스강의 자유 가공에 특히 중요합니다. 왜냐하면 황화물 부식 생성물을 확산시키고 산성 주머니의 형성을 방지하기 위해 쉽게 흐르는 패시베이션 및 플러싱 용액이 필요하기 때문입니다.
침탄 또는 질화 처리된 스테인리스 스틸 부품을 부동태화하지 마십시오.이러한 방식으로 처리된 부품의 내부식성은 부동태화 수조에서 손상될 수 있는 정도로 감소될 수 있습니다.
특히 깨끗하지 않은 작업장 조건에서 철금속 도구를 사용하지 마십시오.카바이드 또는 세라믹 도구를 사용하면 강철 칩을 피할 수 있습니다.
부품이 적절하게 열처리되지 않은 경우 부동태 배스에서 부식이 발생할 수 있습니다.탄소 및 크롬 함량이 높은 마르텐사이트 등급은 내부식성을 위해 경화되어야 합니다.
패시베이션은 일반적으로 내식성을 유지하는 온도에서 후속 템퍼링 후에 수행됩니다.
패시베이션 수조의 질산 농도를 무시하지 마십시오.Carpenter가 제안한 간단한 적정 절차를 사용하여 주기적으로 점검해야 합니다.한 번에 하나 이상의 스테인리스강을 부동태화하지 마십시오.이는 비용이 많이 드는 혼동을 방지하고 갈바닉 반응을 방지합니다.
저자 소개: Terry A. DeBold는 스테인리스강 합금 R&D 전문가이고 James W. Martin은 Carpenter Technology Corp의 바 야금 전문가입니다.(독서, 펜실베니아).
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