U heeft ervoor gezorgd dat de onderdelen volgens specificatie zijn bewerkt. Zorg er nu voor dat u maatregelen heeft genomen om deze onderdelen te beschermen onder de omstandigheden die uw klanten verwachten. #basic
Passivering blijft een cruciale stap om de corrosiebestendigheid van bewerkte roestvrijstalen onderdelen en assemblages te maximaliseren. Het kan het verschil maken tussen bevredigende prestaties en voortijdig falen. Onjuist uitgevoerde passivering kan zelfs corrosie veroorzaken.
Passivering is een nabewerkingsmethode die de inherente corrosiebestendigheid van de roestvrijstalen legeringen waaruit het werkstuk is vervaardigd, maximaliseert. Het is geen ontkalkingsbehandeling en ook geen verflaag.
Er bestaat geen algemene consensus over het precieze mechanisme van passivering. Het is echter zeker dat er een beschermende oxidefilm op het oppervlak van gepassiveerd roestvrij staal aanwezig is. Deze onzichtbare film is vermoedelijk extreem dun, minder dan 0,0000001 inch dik, ongeveer 1/100.000e van de dikte van een mensenhaar!
Een schoon, nieuw bewerkt, gepolijst of gebeitst roestvrijstalen onderdeel zal door blootstelling aan atmosferische zuurstof automatisch een oxidefilm ontwikkelen. Onder ideale omstandigheden bedekt deze beschermende oxidelaag alle oppervlakken van het onderdeel volledig.
In de praktijk kunnen echter verontreinigingen zoals werkplaatsstof of ijzerdeeltjes van snijgereedschap tijdens de bewerking op het oppervlak van roestvrijstalen onderdelen terechtkomen. Indien deze vreemde deeltjes niet worden verwijderd, kunnen ze de effectiviteit van de oorspronkelijke beschermlaag verminderen.
Tijdens het bewerken kunnen kleine hoeveelheden vrij ijzer van het gereedschap afslijten en op het oppervlak van het roestvrijstalen werkstuk terechtkomen. In sommige gevallen kan er een dunne roestlaag op het onderdeel ontstaan. Dit is in feite corrosie van het staal door het gereedschap, niet van het basismetaal. Soms kunnen spleetjes met ingebedde staaldeeltjes van snijgereedschappen of hun corrosieproducten erosie van het onderdeel zelf veroorzaken.
Ook kunnen kleine deeltjes ijzerhoudend werkplaatsvuil aan het oppervlak van het onderdeel hechten. Hoewel metaal er in bewerkte toestand glanzend uit kan zien, kunnen onzichtbare deeltjes vrij ijzer na blootstelling aan de lucht oppervlakteroest veroorzaken.
Blootgestelde sulfiden kunnen ook een probleem vormen. Ze ontstaan ​​door het toevoegen van zwavel aan roestvrij staal om de bewerkbaarheid te verbeteren. Sulfiden verhogen het vermogen van de legering om spanen te vormen tijdens de bewerking, die volledig van het snijgereedschap kunnen afbladderen. Tenzij onderdelen op de juiste manier gepassiveerd zijn, kunnen sulfiden een beginpunt vormen voor oppervlaktecorrosie op gefabriceerde producten.
In beide gevallen is passivering nodig om de natuurlijke corrosiebestendigheid van het roestvrij staal te maximaliseren. Het verwijdert oppervlakteverontreinigingen, zoals ijzerdeeltjes uit werkplaatsvuil en ijzerdeeltjes in snijgereedschap, die roest kunnen vormen of een beginpunt voor corrosie kunnen zijn. Passivering verwijdert ook sulfiden die aan het oppervlak van snijbare roestvrijstalen legeringen aanwezig zijn.
Een tweestappenprocedure biedt de beste corrosiebestendigheid: 1. Reiniging, een basisprocedure die soms over het hoofd wordt gezien; 2. Zuurbad of passiveringsbehandeling.
Reinigen moet altijd prioriteit hebben. Oppervlakken moeten grondig worden gereinigd van vet, koelvloeistof of ander werkplaatsvuil voor optimale corrosiebestendigheid. Bewerkingsresten of ander werkplaatsvuil kunnen voorzichtig van het onderdeel worden afgeveegd. Commerciële ontvetters of reinigingsmiddelen kunnen worden gebruikt om procesoliën of koelvloeistoffen te verwijderen. Vreemde stoffen zoals thermische oxiden moeten mogelijk worden verwijderd door middel van slijpen of beitsen.
Soms slaat een machineoperator de basisreiniging over, in de veronderstelling dat reiniging en passivering tegelijkertijd plaatsvinden door een met vet bedekt onderdeel simpelweg in een zuurbad te dompelen. Dat is niet het geval. Integendeel, verontreinigd vet reageert met zuur en vormt luchtbellen. Deze bellen verzamelen zich op het oppervlak van het werkstuk en belemmeren de passivering.
Erger nog, verontreiniging van passiveringsoplossingen, die soms hoge concentraties chloriden bevatten, kan leiden tot "flash-etsing". In tegenstelling tot het verkrijgen van de gewenste oxidefilm met een glanzend, schoon en corrosiebestendig oppervlak, kan flash-etsing resulteren in een sterk geëtst of verdonkerd oppervlak – een vorm van oppervlakteverslechtering die passivering juist probeert te voorkomen.
Onderdelen gemaakt van martensitisch roestvast staal [magnetisch, matig corrosiebestendig, vloeigrens tot ongeveer 280 ksi (1930 MPa)] worden gehard bij hoge temperaturen en vervolgens getemperd om de gewenste hardheid en mechanische eigenschappen te garanderen. Neerslaghardende legeringen, die een betere sterkte en corrosiebestendigheid hebben dan martensitische legeringen, kunnen oplossingsgegloeid, gedeeltelijk bewerkt, verouderd bij lagere temperaturen en vervolgens afgewerkt worden.
In dit geval moet het onderdeel grondig worden gereinigd met een ontvetter of reiniger om alle sporen van snijvloeistof te verwijderen vóór de warmtebehandeling. Anders kan de snijvloeistof die op het onderdeel achterblijft, overmatige oxidatie veroorzaken. Deze situatie kan ertoe leiden dat ondermaatse onderdelen deuken vertonen nadat de aanslag is verwijderd met behulp van zure of schurende methoden. Als snijvloeistof achterblijft op helder geharde onderdelen, bijvoorbeeld in een vacuümoven of beschermende atmosfeer, kan oppervlaktecarburisatie optreden, wat resulteert in een verlies van corrosiebestendigheid.
Na een grondige reiniging kunnen de roestvrijstalen onderdelen in een passiverend zuurbad worden ondergedompeld. Er kunnen drie methoden worden gebruikt: passivering met salpeterzuur, passivering met salpeterzuur en natriumdichromaat, en passivering met citroenzuur. Welke methode te gebruiken is, hangt af van de kwaliteit van het roestvrij staal en de gespecificeerde acceptatiecriteria.
Meer corrosiebestendige chroom-nikkellegeringen kunnen worden gepassiveerd in een 20% (v/v) salpeterzuurbad (Figuur 1). Zoals in de tabel is weergegeven, kan minder corrosiebestendig roestvrij staal worden gepassiveerd door natriumdichromaat toe te voegen aan een salpeterzuurbad. Hierdoor wordt de oplossing sterker oxiderend en kan een passiveringslaag op het metaaloppervlak worden gevormd. Een andere optie om salpeterzuur te vervangen door natriumchromaat is het verhogen van de salpeterzuurconcentratie tot 50 volumeprocent. Zowel de toevoeging van natriumdichromaat als de hogere salpeterzuurconcentratie verminderen de kans op ongewenste flitsvorming.
De procedure voor het passiveren van vrij verspanbare roestvrijstalen (ook weergegeven in figuur 1) verschilt enigszins van die voor niet-vrij verspanbare roestvrijstalen. Dit komt doordat tijdens het passiveren in een typisch salpeterzuurbad een deel of alle zwavelhoudende, verspanbare sulfiden worden verwijderd, waardoor microscopische discontinuïteiten in het oppervlak van het bewerkte onderdeel ontstaan.
Zelfs een doorgaans effectieve waterspoeling kan na passivering restzuur achterlaten in deze onregelmatigheden. Dit zuur tast vervolgens het oppervlak van het onderdeel aan, tenzij het wordt geneutraliseerd of verwijderd.
Om gemakkelijk bewerkbaar roestvrij staal effectief te passiveren, heeft Carpenter het AAA-proces (Alkali-Zuur-Alkali) ontwikkeld, dat restzuur neutraliseert. Deze passiveringsmethode kan in minder dan 2 uur worden voltooid. Hieronder volgt het stappenplan:
Na het ontvetten, laat u de onderdelen 30 minuten weken in een 5% natriumhydroxideoplossing bij een temperatuur van 71°C tot 82°C. Spoel de onderdelen vervolgens grondig af met water. Dompel het onderdeel daarna 30 minuten onder in een 20% (v/v) salpeterzuuroplossing met 22 g/l natriumdichromaat bij een temperatuur van 49°C tot 60°C. Haal het onderdeel uit het bad, spoel het af met water en dompel het vervolgens nogmaals 30 minuten onder in de natriumhydroxideoplossing. Spoel het onderdeel tot slot af met water en droog het af. Hiermee is de AAA-methode voltooid.
Passivering met citroenzuur wint steeds meer aan populariteit bij fabrikanten die het gebruik van minerale zuren of oplossingen die natriumdichromaat bevatten willen vermijden, evenals de bijbehorende afvalverwerkingsproblemen en grotere veiligheidsrisico's. Citroenzuur wordt in alle opzichten als milieuvriendelijk beschouwd.
Hoewel passivering met citroenzuur aantrekkelijke milieuvoordelen biedt, kunnen bedrijven die succes hebben gehad met passivering met anorganische zuren en geen veiligheidsbezwaren hebben, ervoor kiezen om hiermee door te gaan. Als deze gebruikers een schone werkplaats hebben, goed onderhouden en schone apparatuur, koelvloeistof vrij van ijzerhoudende vervuiling en een proces dat goede resultaten oplevert, is er wellicht geen echte noodzaak tot verandering.
Passivering in een citroenzuurbad is nuttig gebleken voor een breed scala aan roestvrij staal, waaronder verschillende afzonderlijke roestvrijstaalsoorten, zoals weergegeven in Figuur 2. Voor het gemak is de traditionele passiveringsmethode met salpeterzuur in Figuur 1 ook opgenomen. Merk op dat oudere salpeterzuurformuleringen in volumeprocenten worden uitgedrukt, terwijl nieuwere citroenzuurconcentraties in gewichtsprocenten worden uitgedrukt. Het is belangrijk te benadrukken dat bij het toepassen van deze procedures een zorgvuldige afstemming van de inweektijd, de badtemperatuur en de concentratie cruciaal is om het eerder beschreven "flashing" te voorkomen.
Passiveringsbehandelingen variëren afhankelijk van het chroomgehalte en de bewerkingseigenschappen van elke kwaliteit. Let op de kolommen die verwijzen naar Proces 1 of Proces 2. Zoals weergegeven in Figuur 3, omvat Proces 1 minder stappen dan Proces 2.
Laboratoriumtests hebben aangetoond dat het passiveringsproces met citroenzuur gevoeliger is voor "flashcorrosie" dan het proces met salpeterzuur. Factoren die bijdragen aan deze aantasting zijn onder andere een te hoge badtemperatuur, een te lange inweektijd en verontreiniging van het bad. Er zijn commercieel verkrijgbare citroenzuurproducten die corrosieremmers en andere additieven zoals bevochtigingsmiddelen bevatten en die naar verluidt de gevoeligheid voor "flashcorrosie" verminderen.
De uiteindelijke keuze voor de passiveringsmethode hangt af van de acceptatiecriteria die de klant stelt. Zie ASTM A967 voor meer informatie. Deze is te vinden op www.astm.org.
Er worden vaak tests uitgevoerd om het oppervlak van gepassiveerde onderdelen te evalueren. De vraag die beantwoord moet worden is: "Verwijdert passivering vrij ijzer en optimaliseert het de corrosiebestendigheid van snijbare staalsoorten?"
Het is belangrijk dat de testmethode aansluit bij het te beoordelen niveau. Te strenge tests zullen prima materialen afkeuren, terwijl te soepele tests onvoldoende onderdelen zullen goedkeuren.
Precipitatiehardende en gemakkelijk verspanbare roestvrijstalen uit de 400-serie kunnen het beste worden beoordeeld in een kast die een luchtvochtigheid van 100% (natte monsters) gedurende 24 uur bij 35 °C kan handhaven. De dwarsdoorsnede is vaak het meest kritische oppervlak, vooral bij gemakkelijk verspanbare soorten. Een reden hiervoor is dat het sulfide in de bewerkingsrichting langwerpig is en dit oppervlak doorsnijdt.
Kritische oppervlakken moeten naar boven gericht worden geplaatst, maar onder een hoek van 15 tot 20 graden ten opzichte van de verticaal om vochtverlies mogelijk te maken. Goed gepassiveerd materiaal zal nauwelijks roesten, hoewel er wel lichte vlekken kunnen ontstaan.
Austenitische roestvrijstalen soorten kunnen ook worden beoordeeld door middel van een vochtigheidstest. Bij een dergelijke test moeten er waterdruppels op het oppervlak van het monster aanwezig zijn, wat duidt op de aanwezigheid van vrij ijzer door middel van roest.
De procedures voor het passiveren van veelgebruikte snijvaste en niet-snijvaste roestvrijstalen in citroenzuur- of salpeterzuuroplossingen vereisen verschillende processen. Figuur 3 hieronder geeft details over de processelectie.
(a) Pas de pH aan met natriumhydroxide. (b) Zie figuur 3. (c) Na2Cr2O7 staat voor 3 oz/gallon (22 g/l) natriumdichromaat in 20% salpeterzuur. Een alternatief voor dit mengsel is 50% salpeterzuur zonder natriumdichromaat.
Een snellere methode is het gebruik van de oplossing beschreven in ASTM A380, "Standard Practice for Cleaning, Descaling, and Passivation of Stainless Steel Parts, Equipment, and Systems". De test bestaat uit het afvegen van het onderdeel met een oplossing van kopersulfaat/zwavelzuur, het 6 minuten nat houden en vervolgens observeren of er koperafzetting optreedt. Als alternatief kan het onderdeel 6 minuten in de oplossing worden ondergedompeld. Als het ijzer oplost, treedt er koperafzetting op. Deze test mag niet worden gebruikt op oppervlakken van onderdelen voor de voedselverwerkende industrie. Ook mag de test niet worden gebruikt voor martensitische staalsoorten uit de 400-serie of ferritische staalsoorten met een laag chroomgehalte, omdat dit tot vals-positieve resultaten kan leiden.
Historisch gezien werd de 5%-zoutsproeitest bij 35 °C (95 °F) ook gebruikt om gepassiveerde monsters te evalueren. Deze test is echter te streng voor sommige kwaliteiten en is over het algemeen niet nodig om te bevestigen dat de passivering effectief is.
Vermijd het gebruik van te veel chloride, aangezien dit schadelijke plotselinge ontploffingen kan veroorzaken. Gebruik indien mogelijk alleen water van hoge kwaliteit met minder dan 50 ppm chloride. Kraanwater is meestal voldoende en kan in sommige gevallen tot enkele honderden ppm chloride verdragen.
Het is belangrijk om het bad regelmatig te vervangen om verlies van passiveringsvermogen te voorkomen, wat kan leiden tot overslag en beschadigde onderdelen. Het bad moet op de juiste temperatuur worden gehouden, aangezien te hoge temperaturen plaatselijke corrosie kunnen veroorzaken.
Het is belangrijk om tijdens productiecycli een zeer specifiek schema voor het vervangen van de oplossing aan te houden om de kans op besmetting te minimaliseren. Een controlemmonster werd gebruikt om de effectiviteit van het bad te testen. Als het monster wordt aangetast, is het tijd om het bad te vervangen.
Geef aan dat bepaalde machines alleen roestvrij staal verwerken; gebruik voor het snijden van roestvrij staal hetzelfde koelmiddel, met uitzondering van alle andere metalen.
De onderdelen van het DO-rack worden individueel behandeld om metaal-op-metaalcontact te vermijden. Dit is vooral belangrijk voor roestvrij staal dat gemakkelijk te bewerken is, omdat er vrij stromende passiverings- en spoelvloeistoffen nodig zijn om corrosieproducten in sulfiden te verspreiden en de vorming van zure insluitingen te voorkomen.
Passiveer geen gecarburiseerde of genitreerde roestvrijstalen onderdelen. De corrosiebestendigheid van dergelijke onderdelen kan zodanig afnemen dat ze in het passiveringsbad aangetast worden.
Gebruik geen ijzerhoudend gereedschap in een werkplaats die niet bijzonder schoon is. Staalgruis kan worden vermeden door hardmetalen of keramische gereedschappen te gebruiken.
Vergeet niet dat corrosie kan optreden in het passiveringsbad als het onderdeel niet correct warmtebehandeld is. Martensitische legeringen met een hoog koolstof- en chroomgehalte moeten gehard worden voor corrosiebestendigheid.
Passivering vindt doorgaans plaats na een daaropvolgende temperbehandeling bij temperaturen die de corrosiebestendigheid behouden.
Negeer de salpeterzuurconcentratie in het passiveringsbad niet. Voer periodieke controles uit met behulp van de eenvoudige titratieprocedure van Carpenter. Passiveer niet meer dan één roestvrij staal tegelijk. Dit voorkomt kostbare verwarring en galvanische reacties.
Over de auteurs: Terry A. DeBold is specialist in onderzoek en ontwikkeling van roestvrijstalen legeringen en James W. Martin is metallurg bij Carpenter Technology Corp. (Reading, Pennsylvania).
In een wereld met steeds strengere eisen aan oppervlakteafwerking, blijven eenvoudige 'ruwheidsmetingen' nuttig. Laten we eens kijken waarom oppervlaktemetingen belangrijk zijn en hoe deze op de werkvloer kunnen worden gecontroleerd met geavanceerde, draagbare meetinstrumenten.
Weet u zeker dat u het beste wisselplaatje voor deze draaibewerking hebt? Controleer de spaan, vooral als deze onbeheerd is achtergelaten. De eigenschappen van de spaan kunnen u veel vertellen.