U hebt ervoor gezorgd dat de onderdelen volgens de specificaties worden vervaardigd. Zorg er nu voor dat u maatregelen hebt genomen om deze onderdelen te beschermen in de omstandigheden die uw klanten verwachten.#basis
Passiveren blijft een cruciale stap in het maximaliseren van de basiscorrosiebestendigheid van bewerkte roestvaste onderdelen en samenstellingen. Het kan het verschil maken tussen bevredigende prestaties en vroegtijdig falen. Als passiveren niet goed wordt uitgevoerd, kan het zelfs corrosie veroorzaken.
Passiveren is een post-fabricagemethode die de inherente corrosiebestendigheid van de roestvrijstalen legeringen die het werkstuk opleveren, maximaliseert. Het is geen ontkalkingsbehandeling en ook geen verflaag.
Er is geen algemene consensus over het precieze mechanisme van passivering. Maar het is zeker dat er een beschermende oxidelaag op het oppervlak van gepassiveerd roestvrij staal zit. Men vermoedt dat deze onzichtbare laag extreem dun is, minder dan 0,0000001 inch dik, ongeveer 1/100.000e van de dikte van een mensenhaar!
Een schoon, pas bewerkt, gepolijst of gebeitst roestvaststalen onderdeel krijgt automatisch een oxidehuidje door de blootstelling aan zuurstof uit de lucht. Onder ideale omstandigheden bedekt dit beschermende oxidelaagje alle oppervlakken van het onderdeel volledig.
In de praktijk blijkt echter dat verontreinigingen, zoals werkplaatsvuil of ijzerdeeltjes van snijgereedschappen, tijdens het bewerken op het oppervlak van roestvrijstalen onderdelen terecht kunnen komen. Als deze vreemde voorwerpen niet worden verwijderd, kunnen ze de effectiviteit van de oorspronkelijke beschermfolie verminderen.
Tijdens het bewerken kunnen sporen van vrij ijzer van het gereedschap slijten en op het oppervlak van het roestvrijstalen werkstuk terechtkomen. In sommige gevallen kan er een dun laagje roest op het onderdeel verschijnen. Dit is feitelijk corrosie van het staal door het gereedschap, niet van het basismetaal. Soms kunnen spleten van ingesloten staaldeeltjes van snijgereedschappen of hun corrosieproducten erosie van het onderdeel zelf veroorzaken.
Ook kleine deeltjes ijzerhoudend vuil kunnen zich aan het oppervlak van het onderdeel hechten. Hoewel metaal er in bewerkte toestand glanzend uitziet, kunnen onzichtbare deeltjes los ijzer na blootstelling aan de lucht roestvorming op het oppervlak veroorzaken.
Blootgestelde sulfiden kunnen ook een probleem vormen. Deze ontstaan ​​door het toevoegen van zwavel aan roestvast staal om de bewerkbaarheid te verbeteren. Sulfiden vergroten het vermogen van de legering om tijdens de bewerking spanen te vormen, die volledig van het snijgereedschap kunnen verdwijnen. Als onderdelen niet op de juiste manier gepassiveerd zijn, kunnen sulfiden een startpunt vormen voor oppervlaktecorrosie op geproduceerde producten.
In beide gevallen is passiveren vereist om de natuurlijke corrosiebestendigheid van het roestvast staal te maximaliseren. Het verwijdert oppervlakteverontreinigingen, zoals ijzerdeeltjes uit de werkplaats en ijzerdeeltjes in snijgereedschappen, die roest kunnen vormen of een startpunt voor corrosie kunnen vormen. Passiveren verwijdert ook sulfiden die blootliggen op het oppervlak van vrijsnijdende roestvaststaallegeringen.
Een tweestapsprocedure biedt de beste corrosiebestendigheid: 1. Reinigen, een eenvoudige maar soms over het hoofd geziene procedure; 2. Zuurbad of passiveringsbehandeling.
Reiniging moet altijd een prioriteit zijn. Oppervlakken moeten grondig worden gereinigd van vet, koelvloeistof en ander vuil uit de werkplaats voor optimale corrosiebestendigheid. Bewerkingsresten en ander vuil uit de werkplaats kunnen voorzichtig van het onderdeel worden geveegd. Commerciële ontvetters of reinigingsmiddelen kunnen worden gebruikt om procesoliën of koelvloeistoffen te verwijderen. Vreemde deeltjes, zoals thermische oxiden, moeten mogelijk worden verwijderd door middel van methoden zoals slijpen of beitsen.
Soms slaat een machinebediener de basisreiniging over, omdat hij of zij ten onrechte denkt dat de reiniging en passivering gelijktijdig plaatsvinden door het met vet besmeurde onderdeel simpelweg in een zuurbad te dompelen. Dat gebeurt echter niet. Verontreinigd vet reageert juist met zuur, waardoor luchtbellen ontstaan. Deze bellen verzamelen zich op het oppervlak van het werkstuk en verstoren de passivering.
Om het nog erger te maken, kan verontreiniging van passiveringsoplossingen, die soms hoge concentraties chloriden bevatten, 'flitsen' veroorzaken. In tegenstelling tot het verkrijgen van de gewenste oxidefilm met een glanzend, schoon en corrosiebestendig oppervlak, kan flits-etsen resulteren in een zwaar geëtst of donker oppervlak - een oppervlakteverslechtering die passivering juist moet optimaliseren.
Onderdelen van martensitisch roestvast staal [magnetisch, matig corrosiebestendig, vloeigrens tot circa 280 ksi (1930 MPa)] worden gehard bij verhoogde temperaturen en vervolgens getemperd om de gewenste hardheid en mechanische eigenschappen te garanderen. Precipitatiehardende legeringen, die een betere sterkte en corrosiebestendigheid hebben dan martensitische legeringen, kunnen in oplossing worden behandeld, gedeeltelijk worden bewerkt, worden verouderd bij lagere temperaturen en vervolgens worden afgewerkt.
In dit geval moet het onderdeel grondig worden gereinigd met een ontvetter of reiniger om eventuele resten snijvloeistof te verwijderen vóór de warmtebehandeling. Anders kan de achtergebleven snijvloeistof op het onderdeel overmatige oxidatie veroorzaken. Dit kan ertoe leiden dat te kleine onderdelen indeuken nadat de aanslag is verwijderd met zuur of schurende methoden. Als er snijvloeistof achterblijft op blank geharde onderdelen, bijvoorbeeld in een vacuümoven of beschermende atmosfeer, kan er oppervlaktecarbonisatie optreden, wat leidt tot verlies van corrosiebestendigheid.
Na grondige reiniging kunnen de roestvrijstalen onderdelen worden ondergedompeld in een passiverend zuurbad. Hiervoor kunnen drie methoden worden gebruikt: passivering met salpeterzuur, passivering met salpeterzuur en natriumdichromaat en passivering met citroenzuur. Welke methode u gebruikt, hangt af van de klasse roestvrij staal en de opgegeven acceptatiecriteria.
Corrosiebestendigere chroom-nikkelsoorten kunnen worden gepassiveerd in een salpeterzuurbad met 20% (v/v) (figuur 1). Zoals in de tabel te zien is, kan minder corrosiebestendig roestvrij staal worden gepassiveerd door natriumdichromaat toe te voegen aan een salpeterzuurbad. Hierdoor wordt de oplossing sterker oxiderend en kan er een passieve film op het metaaloppervlak worden gevormd. Een andere optie om salpeterzuur te vervangen door natriumchromaat is om de concentratie salpeterzuur te verhogen tot 50% van het volume. Zowel de toevoeging van natriumdichromaat als de hogere concentratie salpeterzuur verkleinen de kans op ongewenste vlamvorming.
De procedure voor het passiveren van vrijbewerkbare roestvaste staalsoorten (ook weergegeven in Afbeelding 1) wijkt enigszins af van die voor niet-vrijbewerkbare roestvaste staalsoorten. Dit komt doordat tijdens het passiveren in een typisch salpeterzuurbad een deel of alle zwavelhoudende sulfiden van de bewerkbare kwaliteit worden verwijderd, waardoor microscopisch kleine discontinuïteiten in het oppervlak van het bewerkte onderdeel ontstaan.
Zelfs een over het algemeen effectieve spoeling met water kan na passivering resten zuur achterlaten in deze discontinuïteiten. 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-Acid-Alkali) ontwikkeld, dat restzuur neutraliseert. Deze passiveringsmethode kan in minder dan 2 uur worden voltooid. Hieronder volgt het stapsgewijze proces:
Na het ontvetten, week de onderdelen 30 minuten in een 5% natriumhydroxide-oplossing bij 71 °C tot 82 °C. Spoel de onderdelen vervolgens grondig af met water. Dompel het onderdeel vervolgens 30 minuten onder in een 20% (v/v) salpeterzuuroplossing met 22 g/l natriumdichromaat bij 49 °C tot 60 °C. Nadat u het onderdeel uit het bad hebt gehaald, spoelt u het af met water en dompelt u het vervolgens nog eens 30 minuten onder in de natriumhydroxide-oplossing. Spoel het onderdeel opnieuw af met water en droog het af, waarmee u de AAA-methode voltooit.
Het passiveren van citroenzuur wordt steeds populairder bij fabrikanten die het gebruik van minerale zuren of oplossingen die natriumdichromaat bevatten, willen vermijden. Ook de daarmee gepaard gaande afvalproblemen en grotere veiligheidsrisico's willen vermijden. Citroenzuur wordt in alle opzichten als milieuvriendelijk beschouwd.
Hoewel passivering met citroenzuur aantrekkelijke milieuvoordelen biedt, kunnen werkplaatsen die succes hebben gehad met passivering met anorganisch zuur en zich geen zorgen maken over de veiligheid, ervoor kiezen om de huidige aanpak te blijven volgen. Als deze gebruikers over een schone werkplaats beschikken, goed onderhouden en schone apparatuur, koelvloeistof die vrij is van ijzerhoudende vervuiling en een proces dat goede resultaten oplevert, is er mogelijk geen echte noodzaak voor veranderingen.
Passivering in een citroenzuurbad blijkt nuttig te zijn voor een groot aantal soorten roestvast staal, waaronder verschillende individuele soorten roestvast staal, zoals weergegeven in afbeelding 2. Voor het gemak is de traditionele methode voor passivering met salpeterzuur in afbeelding 1 opgenomen. Merk op dat oudere salpeterzuurformuleringen worden uitgedrukt in volumeprocent, terwijl nieuwere citroenzuurconcentraties worden uitgedrukt in gewichtsprocent. Het is belangrijk om op te merken dat bij de implementatie van deze procedures een zorgvuldige afweging van de weektijd, badtemperatuur en concentratie van cruciaal belang is om het eerder beschreven "flashen" te voorkomen.
Passiveringsbehandelingen variëren afhankelijk van het chroomgehalte en de bewerkingseigenschappen van elke soort. Let op de kolommen die verwijzen naar Proces 1 of Proces 2. Zoals weergegeven in Afbeelding 3, omvat Proces 1 minder stappen dan Proces 2.
Uit laboratoriumtests is gebleken dat het passiveringsproces van citroenzuur gevoeliger is voor "flitscorrosie" dan het salpeterzuurproces. Factoren die bijdragen aan deze aantasting zijn onder meer een te hoge badtemperatuur, een te lange inweektijd en verontreiniging van het bad. Citroenzuurproducten die corrosie-inhibitoren en andere additieven zoals bevochtigingsmiddelen bevatten, zijn commercieel verkrijgbaar en zouden de vatbaarheid voor "flitscorrosie" verminderen.
De uiteindelijke keuze van de passiveringsmethode hangt af van de acceptatiecriteria die de klant oplegt. Zie ASTM A967 voor meer informatie. Deze is te vinden op www.astm.org.
Er worden vaak testen 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 vrijsnijdende soorten?"
Het is belangrijk dat de testmethode past bij het cijfer dat beoordeeld wordt. Tests die te streng zijn, zullen prima goede materialen laten zakken, terwijl tests die te los zijn, onbevredigende onderdelen zullen doorstaan.
Precipitatiehardende en vrij te bewerken roestvaste staalsoorten uit de 400-serie kunnen het beste worden geëvalueerd in een kast die 24 uur lang een luchtvochtigheid van 100% (natte monsters) kan handhaven bij 35 °C (95 °F). De doorsnede is vaak het meest kritische oppervlak, vooral bij vrij te snijden soorten. Een reden hiervoor is dat het sulfide in de machinerichting uitgerekt is en dit oppervlak kruist.
Belangrijke oppervlakken moeten omhoog worden geplaatst, maar wel in een hoek van 15 tot 20 graden ten opzichte van de verticale lijn, zodat vochtverlies mogelijk is. Goed gepassiveerd materiaal roest nauwelijks, hoewel er wel lichte vlekken kunnen ontstaan.
Austenitisch roestvast staal kan ook worden geëvalueerd door middel van vochtigheidstesten. Wanneer dit het geval is, moeten er waterdruppels op het oppervlak van het monster aanwezig zijn. De aanwezigheid van roest geeft aan dat er vrij ijzer aanwezig is.
De procedures voor het passiveren van veelgebruikte vrijsnijdende en niet-vrijsnijdende roestvaste staalsoorten in citroenzuur- of salpeterzuuroplossingen vereisen verschillende processen. Figuur 3 hieronder geeft meer informatie 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 in ASTM A380, "Standaardpraktijk voor het reinigen, ontkalken en passiveren van roestvrijstalen onderdelen, apparatuur en systemen". De test bestaat uit het afnemen van het onderdeel met een kopersulfaat-/zwavelzuuroplossing, het 6 minuten vochtig houden en het observeren van koperplating. Als alternatief kan het onderdeel 6 minuten in de oplossing worden ondergedompeld. Als het ijzer oplost, vindt koperplating plaats. Deze test mag niet worden gebruikt op oppervlakken van onderdelen voor voedselverwerking. Ook mag de test niet worden gebruikt voor martensitische of ferritische staalsoorten uit de 400-serie, omdat er vals-positieve resultaten kunnen optreden.
Historisch gezien is de 5% zoutneveltest bij 95°F (35°C) ook gebruikt om gepassiveerde monsters te evalueren. Deze test is voor sommige kwaliteiten te streng en is over het algemeen niet nodig om te bevestigen dat de passivering effectief is.
Vermijd het gebruik van overmatige chloriden, aangezien deze schadelijke flitsaanvallen kunnen veroorzaken. Gebruik indien mogelijk alleen water van hoge kwaliteit met minder dan 50 ppm (parts per million) chloride. Kraanwater is doorgaans voldoende en kan in sommige gevallen een chloridegehalte van enkele honderden ppm (parts per million) verdragen.
Het is belangrijk om het bad regelmatig te vervangen om verlies van passiveringspotentieel te voorkomen, wat kan leiden tot overslag en beschadigde onderdelen. Het bad moet op de juiste temperatuur worden gehouden, aangezien oververhitting plaatselijke corrosie kan veroorzaken.
Het is belangrijk om tijdens productieruns een heel specifiek schema voor het verversen van de oplossing aan te houden om de kans op besmetting tot een minimum te beperken. Er werd een controlemonster gebruikt om de effectiviteit van het bad te testen. Als het monster is aangetast, is het tijd om het bad te vervangen.
Houd er rekening mee dat bepaalde machines alleen roestvrij staal verwerken. Daarom gebruiken we hetzelfde koelmiddel om roestvrij staal te snijden, met uitzondering van alle andere metalen.
DO-heugelonderdelen worden afzonderlijk behandeld om metaal-op-metaalcontact te voorkomen. Dit is vooral belangrijk bij het vrij bewerken van roestvast staal, omdat vrijstromende passiverings- en spoeloplossingen nodig zijn om corrosieproducten in sulfiden te laten diffunderen en de vorming van zuurzakken te voorkomen.
Passiveer geen gecarboneerde of genitreerde roestvaststalen onderdelen. De corrosiebestendigheid van onderdelen die op deze manier behandeld zijn, kan dusdanig afnemen dat ze in het passiveringsbad worden aangetast.
Gebruik geen ijzerhoudende gereedschappen in een werkplaatsomgeving die niet bijzonder schoon is. U kunt staalgrit vermijden door hardmetalen of keramische gereedschappen te gebruiken.
Vergeet niet dat er corrosie kan optreden in het passiveringsbad als het onderdeel niet op de juiste manier warmtebehandeld is. Martensitische soorten met een hoog koolstof- en chroomgehalte moeten gehard worden ter bescherming tegen corrosie.
Passiveren wordt gewoonlijk uitgevoerd na een daaropvolgende ontlating, waarbij gebruik wordt gemaakt van 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. Hiermee voorkomt u kostbare verwarring en galvanische reacties.
Over de auteurs: Terry A. DeBold is een specialist in onderzoek en ontwikkeling van roestvrijstalen legeringen en James W. Martin is staafmetaalkundige bij Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
In een wereld waarin de specificaties voor oppervlakteafwerking steeds strenger worden, zijn eenvoudige 'ruwheidsmetingen' nog steeds nuttig. Laten we eens kijken waarom oppervlaktemeting belangrijk is en hoe u dit op de werkvloer kunt controleren met geavanceerde draagbare meters.
Weet u zeker dat u de juiste wisselplaat voor deze draaibewerking hebt? Controleer de spaan, vooral als u deze niet verwijdert. De eigenschappen van de spaan kunnen u veel vertellen.