Du har sørget for at delene er maskinert i henhold til spesifikasjonene. Nå må du sørge for at du har tatt grep for å beskytte disse delene under de forholdene kundene dine forventer. #grunnleggende
Passivering er fortsatt et kritisk trinn i å maksimere den grunnleggende korrosjonsmotstanden til rustfrie maskinerte deler og enheter. Det kan utgjøre forskjellen mellom tilfredsstillende ytelse og for tidlig svikt. Feil utført kan passivering faktisk forårsake korrosjon.
Passivering er en etterbehandlingsmetode som maksimerer den iboende korrosjonsmotstanden til de rustfrie stållegeringene som produserer arbeidsstykket. Det er ikke en avkalkingsbehandling, og det er heller ikke et malingsbelegg.
Det er ingen generell enighet om den nøyaktige mekanismen for hvordan passivering fungerer. Men det er sikkert at det er en beskyttende oksidfilm på overflaten av passivert rustfritt stål. Denne usynlige filmen antas å være ekstremt tynn, mindre enn 0,0000001 tomme tykk, omtrent 1/100 000 av tykkelsen på et menneskehår!
En ren, nybearbeidet, polert eller syltet del av rustfritt stål vil automatisk få denne oksidfilmen på grunn av eksponering for atmosfærisk oksygen. Under ideelle forhold dekker dette beskyttende oksidlaget alle overflater av delen fullstendig.
I praksis kan imidlertid forurensninger som verkstedsmuss eller jernpartikler fra skjæreverktøy overføres til overflaten av deler i rustfritt stål under maskinering. Hvis disse fremmedlegemene ikke fjernes, kan de redusere effektiviteten til den opprinnelige beskyttelsesfilmen.
Under maskinering kan spor av fritt jern slites av verktøyet og overføres til overflaten av arbeidsstykket i rustfritt stål. I noen tilfeller kan et tynt lag med rust oppstå på delen. Dette er faktisk korrosjon av stålet fra verktøyet, ikke av grunnmetallet. Av og til kan sprekker i innebygde stålpartikler fra skjæreverktøy eller deres korrosjonsprodukter forårsake erosjon av selve delen.
På samme måte kan små partikler av jernholdig smuss feste seg til overflaten av delen. Selv om metall kan virke skinnende i maskinert tilstand, kan usynlige partikler av fritt jern forårsake overflaterust etter eksponering for luft.
Eksponerte sulfider kan også være et problem. De kommer fra å tilsette svovel i rustfritt stål for å forbedre maskinbearbeidbarheten. Sulfider øker legeringens evne til å danne spon under maskinering, som kan bli fullstendig avskallet fra skjæreverktøyet. Med mindre delene er riktig passivert, kan sulfider bli et utgangspunkt for overflatekorrosjon på produserte produkter.
I begge tilfeller er passivering nødvendig for å maksimere den naturlige korrosjonsmotstanden til rustfritt stål. Det fjerner overflateforurensninger, som jernholdige smusspartikler fra verkstedet og jernpartikler i skjæreverktøy, som kan danne rust eller bli et utgangspunkt for korrosjon. Passivering fjerner også sulfider som er eksponert på overflaten av frittskjærende rustfrie stållegeringer.
En totrinnsprosedyre gir best mulig korrosjonsmotstand: 1. Rengjøring, en grunnleggende, men noen ganger oversett prosedyre; 2. Syrebad eller passiveringsbehandling.
Rengjøring bør alltid prioriteres. Overflater må rengjøres grundig for fett, kjølevæske eller annet verkstedrester for optimal korrosjonsbestandighet. Maskineringsrester eller annet verkstedsskitt kan forsiktig tørkes av delen. Kommersielle avfettingsmidler eller rengjøringsmidler kan brukes til å fjerne prosessoljer eller kjølevæsker. Fremmedlegemer som termiske oksider må kanskje fjernes ved hjelp av metoder som sliping eller beising.
Noen ganger kan en maskinoperatør hoppe over grunnleggende rengjøring, fordi de feilaktig tror at rengjøring og passivering vil skje samtidig ved ganske enkelt å dyppe en fettholdig del i et syrebad. Dette kommer ikke til å skje. Omvendt reagerer forurenset fett med syre og danner luftbobler. Disse boblene samler seg på arbeidsstykkets overflate og forstyrrer passiveringen.
For å gjøre vondt verre, kan forurensning av passiveringsløsninger, som noen ganger inneholder høye konsentrasjoner av klorider, forårsake «flashing». I motsetning til å oppnå den ønskede oksidfilmen med en blank, ren og korrosjonsbestandig overflate, kan flashetsing resultere i en kraftig etset eller mørk overflate – en overflateforringelse som passivering er utformet for å optimalisere.
Deler laget av martensittisk rustfritt stål [magnetisk, moderat korrosjonsbestandig, flytegrense opptil ca. 280 ksi (1930 MPa)] herdes ved forhøyede temperaturer og anløpes deretter for å sikre ønsket hardhet og mekaniske egenskaper. Nedbørsherdbare legeringer, som har bedre styrke og korrosjonsbestandighet enn martensittiske legeringer, kan løses opp, delvis maskineres, eldes ved lavere temperaturer og deretter ferdigbehandles.
I dette tilfellet må delen rengjøres grundig med avfettingsmiddel eller rengjøringsmiddel for å fjerne eventuelle spor av skjærevæske før varmebehandling. Ellers kan skjærevæsken som blir igjen på delen forårsake overdreven oksidasjon. Denne tilstanden kan føre til at underdimensjonerte deler bulker etter at skalaen er fjernet med syre- eller slipemetoder. Hvis skjærevæske får bli værende på blanke, herdede deler, for eksempel i en vakuumovn eller beskyttende atmosfære, kan det oppstå overflatekarburisering, noe som resulterer i tap av korrosjonsbestandighet.
Etter grundig rengjøring kan delene i rustfritt stål senkes ned i et passiverende syrebad. Enhver av tre metoder kan brukes – salpetersyrepassivering, salpetersyre med natriumdikromatpassivering og sitronsyrepassivering. Hvilken metode som skal brukes avhenger av kvaliteten på rustfritt stål og de spesifiserte akseptkriteriene.
Mer korrosjonsbestandige krom-nikkelkvaliteter kan passiveres i et 20 % (v/v) salpetersyrebad (figur 1). Som vist i tabellen kan mindre motstandsdyktig rustfritt stål passiveres ved å tilsette natriumdikromat til et salpetersyrebad, noe som gjør løsningen mer oksiderende og i stand til å danne en passiv film på metalloverflaten. Et annet alternativ for å erstatte salpetersyre med natriumkromat er å øke konsentrasjonen av salpetersyre til 50 volum%. Både tilsetning av natriumdikromat og den høyere konsentrasjonen av salpetersyre reduserer sjansen for uønsket flamme.
Fremgangsmåten for passivering av frittbearbeidede rustfrie ståltyper (også vist i figur 1) er noe forskjellig fra den for ikke-frittbearbeidede rustfrie ståltyper. Dette skyldes at noen eller alle svovelholdige maskinbare sulfider fjernes under passivering i et typisk salpetersyrebad, noe som skaper mikroskopiske diskontinuiteter i overflaten av den maskinerte delen.
Selv en generelt effektiv vannskylling kan etterlate restsyre i disse diskontinuitetene etter passivering. Denne syren vil deretter angripe overflaten av delen med mindre den nøytraliseres eller fjernes.
For å effektivt passivere lett maskinbearbeidbart rustfritt stål har Carpenter utviklet AAA-prosessen (Alkali-Acid-Alkali), som nøytraliserer gjenværende syre. Denne passiveringsmetoden kan fullføres på under 2 timer. Her er den trinnvise prosessen:
Etter avfetting, bløtlegg delene i en 5 % natriumhydroksidløsning ved 71 °C til 82 °C i 30 minutter. Skyll deretter delene grundig i vann. Deretter, senk delen i 30 minutter i en 20 % (v/v) salpetersyreløsning som inneholder 22 g/l natriumdikromat ved 49 °C til 60 °C. Etter at du har tatt delen ut av badekaret, skyll den med vann og senk den deretter i natriumhydroksidløsningen i ytterligere 30 minutter. Skyll delen igjen med vann og tørk, og fullfør AAA-metoden.
Sitronsyrepassivering blir stadig mer populært blant produsenter som ønsker å unngå bruk av mineralsyrer eller løsninger som inneholder natriumdikromat, samt problemene med avhending og større sikkerhetsbekymringer forbundet med bruken av disse. Sitronsyre regnes som miljøvennlig på alle måter.
Selv om sitronsyrepassivering gir attraktive miljøfordeler, kan verksteder som har hatt suksess med uorganisk syrepassivering og ikke har noen sikkerhetsbekymringer, ønske å holde kursen. Hvis disse brukerne har et rent verksted, godt vedlikeholdt og rent utstyr, kjølevæske fritt for jernholdig forurensning og en prosess som gir gode resultater, er det kanskje ikke noe reelt behov for endringer.
Passivering i et sitronsyrebad har vist seg å være nyttig for et bredt spekter av rustfritt stål, inkludert flere individuelle rustfrie stålkvaliteter, som vist i figur 2. For enkelhets skyld er den tradisjonelle salpetersyrepassiveringsmetoden i figur 1 inkludert. Merk at eldre salpetersyreformuleringer er uttrykt i volumprosent, mens nyere sitronsyrekonsentrasjoner er uttrykt i vektprosent. Det er viktig å merke seg at når man implementerer disse prosedyrene, er det avgjørende å balansere bløtleggingstid, badetemperatur og konsentrasjon for å unngå «flashing» som er beskrevet tidligere.
Passiveringsbehandlinger varierer i henhold til krominnholdet og maskineringsegenskapene til hver kvalitet. Merk kolonnene som refererer til enten prosess 1 eller prosess 2. Som vist i figur 3 involverer prosess 1 færre trinn enn prosess 2.
Laboratorietester har vist at sitronsyrepassiveringsprosessen er mer utsatt for «flashing» enn salpetersyreprosessen. Faktorer som bidrar til dette angrepet inkluderer for høy badetemperatur, for lang bløtleggingstid og badforurensning. Sitronsyreprodukter som inneholder korrosjonshemmere og andre tilsetningsstoffer som fuktemidler er kommersielt tilgjengelige og er rapportert å redusere mottakeligheten for «flashkorrosjon».
Det endelige valget av passiveringsmetode vil avhenge av akseptkriteriene som kunden stiller. Se ASTM A967 for detaljer. Den er tilgjengelig på www.astm.org.
Tester utføres ofte for å evaluere overflaten på passivert deler. Spørsmålet som må besvares er: «Fjerner passivering fritt jern og optimaliserer korrosjonsmotstanden til automatskjærende kvaliteter?»
Det er viktig at testmetoden samsvarer med karakteren som vurderes. Tester som er for strenge vil ikke bestå helt gode materialer, mens tester som er for løse vil ikke bestå utilfredsstillende deler.
Rustfritt stål i 400-serien for utfellingsherding og frittbearbeiding evalueres best i et skap som kan opprettholde 100 % fuktighet (prøven er våt) i 24 timer ved 35 °C. Tverrsnittet er ofte den mest kritiske overflaten, spesielt for frittbearbeidende kvaliteter. En grunn til dette er at sulfidet er forlenget i maskinretningen og krysser denne overflaten.
Kritiske overflater bør plasseres oppover, men i 15 til 20 grader fra vertikalen for å tillate fuktighetstap. Riktig passivert materiale vil neppe ruste, selv om det kan vise noen lette flekker.
Austenittiske rustfrie ståltyper kan også evalueres ved fuktighetstesting. Når dette testes, skal det være vanndråper på overflaten av prøven, noe som indikerer fritt jern ved tilstedeværelsen av rust.
Prosedyrene for passivering av vanlige brukte frittskjærende og ikke-frittskjærende rustfrie ståltyper i sitronsyre- eller salpetersyreløsninger krever forskjellige prosesser. Figur 3 nedenfor gir detaljer om prosessvalg.
(a) Juster pH med natriumhydroksid. (b) Se figur 3. (c) Na₂Cr₂O₇ representerer 22 g/l natriumdikromat i 20 % salpetersyre. Et alternativ til denne blandingen er 50 % salpetersyre uten natriumdikromat.
En raskere metode er å bruke løsningen i ASTM A380, «Standard praksis for rengjøring, avkalking og passivering av deler, utstyr og systemer i rustfritt stål». Testen består av å tørke av delen med en kobbersulfat/svovelsyreløsning, holde den våt i 6 minutter og observere for kobberbelegg. Alternativt kan delen senkes ned i løsningen i 6 minutter. Hvis jernet løses opp, oppstår kobberbelegg. Denne testen gjelder ikke for overflatene på deler til næringsmiddelforedling. Den bør heller ikke brukes til martensittiske eller ferritiske stål med lavt krominnhold i 400-serien, da falske positive resultater kan forekomme.
Historisk sett har 5 % saltspraytesten ved 35 °C også blitt brukt til å evaluere passivertprøver. Denne testen er for streng for noen kvaliteter og er vanligvis ikke nødvendig for å bekrefte at passiveringen er effektiv.
Unngå å bruke for mye klorider, da dette kan forårsake skadelige blitzangrep. Bruk om mulig kun vann av høy kvalitet med mindre enn 50 ppm klorid. Vann fra springen er vanligvis tilstrekkelig og tåler opptil flere hundre ppm klorid i noen tilfeller.
Det er viktig å bytte ut badekaret regelmessig for ikke å miste passiveringspotensial, noe som kan føre til lynnedslag og skadede deler. Badekaret bør holdes ved riktig temperatur, da ustabile temperaturer kan forårsake lokal korrosjon.
Det er viktig å opprettholde en svært spesifikk tidsplan for løsningsskifte under høye produksjonsmengder for å minimere potensialet for kontaminering. En kontrollprøve ble brukt til å teste badets effektivitet. Hvis prøven er angrepet, er det på tide å bytte ut badet.
Vennligst spesifiser at enkelte maskiner kun lager rustfritt stål; bruk samme foretrukne kjølevæske til å skjære i rustfritt stål, unntatt alle andre metaller.
DO-stativdeler behandles separat for å unngå metall-mot-metall-kontakt. Dette er spesielt viktig for frittbearbeiding av rustfritt stål, ettersom frittflytende passiverings- og spyleløsninger er nødvendige for å diffundere sulfidkorrosjonsprodukter og unngå dannelse av syrelommer.
Ikke passivér deler av karburert eller nitrert rustfritt stål. Korrosjonsmotstanden til deler som er behandlet på denne måten kan reduseres til et punkt der de vil bli angrepet i passiveringsbadet.
Ikke bruk jernholdige verktøy i et verkstedmiljø som ikke er spesielt rent. Stålkorn kan unngås ved å bruke hardmetall- eller keramiske verktøy.
Ikke glem at korrosjon kan oppstå i passiveringsbadet hvis delen ikke varmebehandles riktig. Martensittiske kvaliteter med høyt karboninnhold og høyt krominnhold må herdes for korrosjonsbestandighet.
Passivering utføres vanligvis etter påfølgende herding ved bruk av temperaturer som opprettholder korrosjonsbestandighet.
Ikke ignorer salpetersyrekonsentrasjonen i passiveringsbadet. Regelmessige kontroller bør utføres ved hjelp av den enkle titreringsprosedyren fra Carpenter. Ikke passivér mer enn ett rustfritt stål om gangen. Dette forhindrer kostbar forvirring og unngår galvaniske reaksjoner.
Om forfatterne: Terry A. DeBold er spesialist på forskning og utvikling av rustfrie stållegeringer, og James W. Martin er stålstangmetallurg hos Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
I en verden med stadig strengere spesifikasjoner for overflatefinish er enkle målinger av «ruhet» fortsatt nyttige. La oss se på hvorfor overflatemåling er viktig og hvordan det kan kontrolleres i verkstedet med sofistikerte bærbare målere.
Er du sikker på at du har det beste skjærebladet for denne dreieoperasjonen? Sjekk sponen, spesielt hvis den ikke blir utført. Sponegenskapene kan fortelle deg mye.