Potwierdziłeś, że części zostały wyprodukowane zgodnie ze specyfikacją. Teraz upewnij się, że podejmujesz kroki, aby chronić te części w środowisku, jakiego oczekują Twoi klienci. #base
Pasywacja pozostaje ważnym etapem maksymalizacji odporności na korozję części i zespołów wykonanych ze stali nierdzewnej. Może ona decydować o zadowalającej wydajności lub przedwczesnej awarii. Nieprawidłowa pasywacja może powodować korozję.
Pasywacja to technika obróbki poprodukcyjnej, która maksymalizuje naturalną odporność na korozję stopów stali nierdzewnej, z których wykonany jest przedmiot obrabiany. Nie jest to usuwanie zgorzeliny ani malowanie.
Nie ma konsensusu co do dokładnego mechanizmu pasywacji. Wiadomo jednak na pewno, że na powierzchni pasywowanej stali nierdzewnej znajduje się ochronna warstwa tlenku. Ta niewidoczna warstwa jest podobno niezwykle cienka, o grubości mniejszej niż 0,0000001 cala, czyli około 1/100 000 grubości ludzkiego włosa!
Czysty, świeżo obrobiony, wypolerowany lub wytrawiony element ze stali nierdzewnej automatycznie pokrywa się warstwą tlenku pod wpływem tlenu atmosferycznego. W idealnych warunkach ta ochronna warstwa tlenku całkowicie pokrywa wszystkie powierzchnie elementu.
W praktyce jednak zanieczyszczenia, takie jak brud fabryczny czy cząsteczki żelaza z narzędzi skrawających, mogą przedostać się na powierzchnię elementów ze stali nierdzewnej podczas obróbki. Jeśli nie zostaną usunięte, te ciała obce mogą osłabić skuteczność oryginalnej powłoki ochronnej.
Podczas obróbki, ślady wolnego żelaza mogą zostać usunięte z narzędzia i przeniesione na powierzchnię obrabianego przedmiotu ze stali nierdzewnej. W niektórych przypadkach na obrabianym elemencie może pojawić się cienka warstwa rdzy. W rzeczywistości jest to korozja stali narzędziowej, a nie metalu bazowego. Czasami pęknięcia spowodowane osadzonymi cząstkami stali z narzędzi skrawających lub produktami ich korozji mogą powodować erozję samego elementu.
Podobnie, drobne cząsteczki żelaznego brudu metalurgicznego mogą przylegać do powierzchni elementu. Chociaż metal może wydawać się błyszczący w stanie gotowym, po wystawieniu na działanie powietrza niewidoczne cząsteczki wolnego żelaza mogą powodować rdzewienie powierzchniowe.
Odsłonięte siarczki również mogą stanowić problem. Powstają one poprzez dodanie siarki do stali nierdzewnej w celu poprawy jej skrawalności. Siarczki zwiększają zdolność stopu do tworzenia wiórów podczas obróbki, które można całkowicie usunąć z narzędzia skrawającego. Jeśli elementy nie zostaną odpowiednio spasywowane, siarczki mogą stać się przyczyną korozji powierzchniowej produktów przemysłowych.
W obu przypadkach pasywacja jest niezbędna do maksymalizacji naturalnej odporności stali nierdzewnej na korozję. Usuwa ona zanieczyszczenia powierzchniowe, takie jak cząsteczki żelaza i cząsteczki żelaza w narzędziach skrawających, które mogą tworzyć rdzę lub stać się zaczątkiem korozji. Pasywacja usuwa również siarczki znajdujące się na powierzchni stopów stali nierdzewnej ciętych metodą cięcia otwartego.
Najlepszą odporność na korozję zapewnia dwuetapowa procedura: 1. Czyszczenie, główna procedura, ale czasami zaniedbywana. 2. Kąpiel kwasowa lub pasywacja.
Czyszczenie powinno być zawsze priorytetem. Powierzchnie muszą być dokładnie oczyszczone ze smaru, chłodziwa i innych zanieczyszczeń, aby zapewnić optymalną odporność na korozję. Zanieczyszczenia po obróbce lub inne zabrudzenia fabryczne można delikatnie zetrzeć z elementu. Do usuwania olejów procesowych lub chłodziw można użyć komercyjnych odtłuszczaczy lub środków czyszczących. Zanieczyszczenia, takie jak tlenki termiczne, mogą wymagać usunięcia metodami takimi jak szlifowanie lub trawienie.
Czasami operator maszyny może pominąć podstawowe czyszczenie, błędnie sądząc, że czyszczenie i pasywacja zajdą jednocześnie, po prostu zanurzając naoliwioną część w kąpieli kwasowej. To się nie stanie. Z kolei zanieczyszczony smar reaguje z kwasem, tworząc pęcherzyki powietrza. Pęcherzyki te gromadzą się na powierzchni obrabianego przedmiotu i utrudniają pasywację.
Co gorsza, zanieczyszczenie roztworów pasywacyjnych, które czasami zawierają wysokie stężenia chlorków, może powodować „wybrzuszenie”. W przeciwieństwie do uzyskania pożądanej warstwy tlenkowej o błyszczącej, czystej i odpornej na korozję powierzchni, wytrawianie wybrzuszone może prowadzić do poważnego wytrawienia lub zaczernienia powierzchni – pogorszenia stanu powierzchni, które pasywacja ma zoptymalizować.
Elementy ze stali nierdzewnej martenzytycznej [magnetycznej, umiarkowanie odpornej na korozję, o granicy plastyczności do około 280 tys. psi (1930 MPa)] są hartowane w wysokich temperaturach, a następnie odpuszczane w celu uzyskania pożądanej twardości i właściwości mechanicznych. Stopy utwardzane wydzieleniowo (które charakteryzują się lepszą wytrzymałością i odpornością na korozję niż gatunki martenzytyczne) można poddać obróbce przesycającej, częściowo obróbce skrawaniem, starzeniu w niższych temperaturach, a następnie wykończeniu.
W takim przypadku przed obróbką cieplną należy dokładnie oczyścić element odtłuszczaczem lub środkiem czyszczącym, aby usunąć wszelkie ślady płynu chłodząco-smarującego. W przeciwnym razie, pozostałości chłodziwa na elemencie mogą powodować nadmierne utlenianie. Może to prowadzić do powstawania wgnieceń na mniejszych elementach po usunięciu zgorzeliny kwasem lub metodami ściernymi. Pozostawienie chłodziwa na błyszczących, hartowanych elementach, na przykład w piecu próżniowym lub w atmosferze ochronnej, może spowodować nawęglanie powierzchni, co prowadzi do utraty odporności na korozję.
Po dokładnym oczyszczeniu, elementy ze stali nierdzewnej można zanurzyć w kąpieli kwasowej pasywującej. Można zastosować dowolną z trzech metod – pasywację kwasem azotowym, pasywację kwasem azotowym z dichromianem sodu oraz pasywację kwasem cytrynowym. Wybór metody zależy od gatunku stali nierdzewnej i określonych kryteriów akceptacji.
Bardziej odporne na korozję gatunki niklu i chromu można pasywować w kąpieli kwasu azotowego o stężeniu 20% (v/v) (rysunek 1). Jak pokazano w tabeli, mniej odporne stale nierdzewne można pasywować, dodając dwuchromian sodu do kąpieli kwasu azotowego, aby roztwór był bardziej utleniający i zdolny do tworzenia pasywującej warstwy na powierzchni metalu. Inną możliwością zastąpienia kwasu azotowego chromianem sodu jest zwiększenie stężenia kwasu azotowego do 50% objętościowo. Zarówno dodatek dwuchromianu sodu, jak i wyższe stężenie kwasu azotowego zmniejszają prawdopodobieństwo wystąpienia niepożądanego wypływu.
Procedura pasywacji stali nierdzewnych nadających się do obróbki skrawaniem (przedstawiona również na rys. 1) różni się nieznacznie od procedury dla gatunków stali nierdzewnych nienadających się do obróbki skrawaniem. Wynika to z faktu, że podczas pasywacji w kąpieli kwasu azotowego część lub całość siarczków zawierających siarkę, nadających się do obróbki skrawaniem, zostaje usunięta, co powoduje powstawanie mikroskopijnych niejednorodności na powierzchni przedmiotu obrabianego.
Nawet normalnie skuteczne mycie wodą może pozostawić resztki kwasu w tych nieciągłościach po pasywacji. Kwas ten zaatakuje powierzchnię elementu, jeśli nie zostanie zneutralizowany lub usunięty.
Aby zapewnić skuteczną pasywację łatwej w obróbce stali nierdzewnej, firma Carpenter opracowała proces AAA (alkaliczny-kwasowy-alkaliczny), który neutralizuje resztkowy kwas. Tę metodę pasywacji można wykonać w mniej niż 2 godziny. Oto krok po kroku:
Po odtłuszczeniu zanurz części w 5% roztworze wodorotlenku sodu w temperaturze od 71°C do 82°C (od 160°F do 180°F) na 30 minut. Następnie dokładnie opłucz części w wodzie. Następnie zanurz część na 30 minut w 20% (objętościowo) roztworze kwasu azotowego(V) zawierającym 22 g/l (3 uncje/gal) dwuchromianu sodu w temperaturze od 49°C do 60°C (od 120°F do 140°F). Po wyjęciu części z kąpieli opłucz ją wodą, a następnie zanurz w roztworze wodorotlenku sodu na 30 minut. Ponownie opłucz część wodą i osusz, kończąc procedurę AAA.
Pasywacja kwasem cytrynowym zyskuje coraz większą popularność wśród producentów, którzy chcą uniknąć stosowania kwasów mineralnych lub roztworów zawierających dwuchromian sodu, a także problemów z utylizacją i zwiększonych obaw o bezpieczeństwo związanych z ich stosowaniem. Kwas cytrynowy jest uważany za przyjazny dla środowiska pod każdym względem.
Chociaż pasywacja kwasem cytrynowym oferuje atrakcyjne korzyści dla środowiska, zakłady, które odniosły sukces z pasywacją kwasem nieorganicznym i nie mają obaw o bezpieczeństwo, mogą chcieć pozostać przy tej metodzie. Jeśli użytkownicy mają czysty warsztat, sprzęt jest w dobrym stanie i czysty, chłodziwo jest wolne od fabrycznych osadów żelaza, a proces przynosi dobre rezultaty, może nie być realnej potrzeby wprowadzania zmian.
Stwierdzono, że pasywacja w kąpieli z kwasem cytrynowym jest przydatna w przypadku szerokiej gamy stali nierdzewnych, w tym kilku poszczególnych gatunków stali nierdzewnej, jak pokazano na rysunku 2. Dla ułatwienia, rysunek 2.1 przedstawia tradycyjną metodę pasywacji kwasem azotowym. Należy zauważyć, że stare formuły kwasu azotowego wyrażono w procentach objętościowych, podczas gdy nowe stężenia kwasu cytrynowego wyrażono w procentach masowych. Należy pamiętać, że podczas wykonywania tych procedur, aby uniknąć opisanego powyżej „wypływu”, kluczowe jest staranne dobranie czasu moczenia, temperatury kąpieli i stężenia.
Pasywacja różni się w zależności od zawartości chromu i charakterystyki procesu dla każdej odmiany. Zwróć uwagę na kolumny dotyczące Procesu 1 lub Procesu 2. Jak pokazano na rysunku 3, Proces 1 ma mniej kroków niż Proces 2.
Testy laboratoryjne wykazały, że proces pasywacji kwasem cytrynowym jest bardziej podatny na „wrzenie” niż proces z kwasem azotowym. Czynniki przyczyniające się do tego zjawiska to zbyt wysoka temperatura kąpieli, zbyt długi czas moczenia oraz zanieczyszczenie kąpieli. Produkty na bazie kwasu cytrynowego zawierające inhibitory korozji i inne dodatki, takie jak środki zwilżające, są dostępne w handlu i podobno zmniejszają podatność na „korozję błyskawiczną”.
Ostateczny wybór metody pasywacji będzie zależał od kryteriów akceptacji ustalonych przez klienta. Szczegóły można znaleźć w normie ASTM A967. Dostęp do niej można uzyskać na stronie www.astm.org.
Często przeprowadza się testy w celu oceny powierzchni pasywowanych części. Pytanie, na które należy odpowiedzieć, brzmi: „Czy pasywacja usuwa wolne żelazo i optymalizuje odporność stopów na korozję w procesie cięcia automatycznego?”
Ważne jest, aby metoda testowania była zgodna z ocenianą klasą. Zbyt rygorystyczne testy nie przepuszczą absolutnie dobrych materiałów, a testy zbyt słabe przepuszczą niezadowalające fragmenty.
Stale nierdzewne PH i łatwoobrabialne serii 400 najlepiej oceniać w komorze zdolnej do utrzymania 100% wilgotności (wilgotności próbki) przez 24 godziny w temperaturze 35°C (95°F). Przekrój poprzeczny jest często najważniejszą powierzchnią, szczególnie w przypadku gatunków obrabianych skrawaniem. Jednym z powodów jest to, że siarczek jest przeciągany w kierunku maszyny przez tę powierzchnię.
Powierzchnie krytyczne powinny być skierowane ku górze, ale pod kątem 15–20 stopni od pionu, aby umożliwić utratę wilgoci. Prawidłowo spasywowany materiał prawie nie rdzewieje, choć mogą pojawić się na nim drobne plamki.
Gatunki stali nierdzewnej austenitycznej można również ocenić za pomocą badania wilgotności. Podczas tego badania na powierzchni próbki powinny znajdować się krople wody, co wskazuje na obecność wolnego żelaza poprzez obecność rdzy.
Procedury pasywacji powszechnie stosowanych stali nierdzewnych automatycznych i ręcznych w roztworach kwasu cytrynowego lub azotowego wymagają różnych procesów. Na rys. 3 poniżej przedstawiono szczegóły dotyczące wyboru procesu.
(a) Dostosuj pH za pomocą wodorotlenku sodu. (b) Patrz rys. 3(c). Na2Cr2O7 to 22 g/l (3 uncje/gal) dwuchromianu sodu w 20% roztworze kwasu azotowego. Alternatywą dla tej mieszaniny jest 50% roztwór kwasu azotowego bez dwuchromianu sodu.
Szybszym rozwiązaniem jest zastosowanie normy ASTM A380, Standard Practice for Cleaning, Descaling, and Pasivation of Stainless Steel Parts, Equipment, and Systems. Test obejmuje przetarcie elementu roztworem siarczanu miedzi/kwasu siarkowego, utrzymanie go w stanie wilgotnym przez 6 minut i obserwację miedziowania. Alternatywnie, element można zanurzyć w roztworze na 6 minut. Rozpuszczenie żelaza powoduje miedziowanie. Test ten nie ma zastosowania do powierzchni części stosowanych w przetwórstwie żywności. Nie należy go również stosować do stali martenzytycznych serii 400 ani stali ferrytycznych niskochromowych, ponieważ może to prowadzić do fałszywie dodatnich wyników.
Tradycyjnie, test 5% mgły solnej w temperaturze 35°C (95°F) był również stosowany do oceny próbek pasywowanych. Test ten jest zbyt rygorystyczny dla niektórych odmian i generalnie nie jest wymagany do potwierdzenia skuteczności pasywacji.
Unikaj stosowania nadmiernej ilości chlorków, które mogą powodować niebezpieczne zaostrzenia. Używaj wyłącznie wody wysokiej jakości o stężeniu chlorków poniżej 50 części na milion (ppm), jeśli to możliwe. Woda z kranu zazwyczaj wystarcza, a w niektórych przypadkach może wytrzymać nawet kilkaset części na milion chlorków.
Regularna wymiana kąpieli jest ważna, aby nie utracić potencjału pasywacji, co może prowadzić do uderzeń piorunów i uszkodzeń części. Kąpiel musi być utrzymywana w odpowiedniej temperaturze, ponieważ niekontrolowane temperatury mogą powodować miejscową korozję.
Podczas dużych serii produkcyjnych ważne jest przestrzeganie ściśle określonego harmonogramu wymiany roztworów, aby zminimalizować ryzyko zanieczyszczenia. Do sprawdzenia skuteczności kąpieli użyto próbki kontrolnej. Jeśli próbka uległa uszkodzeniu, należy wymienić kąpiel.
Należy pamiętać, że niektóre maszyny produkują wyłącznie stal nierdzewną; do cięcia stali nierdzewnej należy używać tego samego preferowanego chłodziwa, wykluczając wszystkie inne metale.
Części regału DO są obrabiane oddzielnie, aby uniknąć kontaktu metalu z metalem. Jest to szczególnie ważne w przypadku obróbki swobodnej stali nierdzewnej, ponieważ do rozproszenia produktów korozji siarczkowej i zapobiegania tworzeniu się kieszeni kwasowych wymagane są płynne roztwory pasywacyjne i płuczące.
Nie należy pasywować nawęglanych ani azotowanych elementów ze stali nierdzewnej. Odporność na korozję elementów poddanych takiej obróbce może ulec zmniejszeniu do tego stopnia, że ​​mogą one ulec uszkodzeniu w kąpieli pasywacyjnej.
Nie używaj narzędzi z metali żelaznych w warunkach warsztatowych, które nie są szczególnie czyste. Wiórów stalowych można uniknąć, stosując narzędzia z węglików spiekanych lub ceramiczne.
Należy pamiętać, że w kąpieli pasywacyjnej może wystąpić korozja, jeśli element nie został odpowiednio obrobiony cieplnie. Gatunki martenzytyczne o wysokiej zawartości węgla i chromu muszą zostać utwardzone, aby zapewnić odporność na korozję.
Pasywację przeprowadza się zwykle po późniejszym odpuszczaniu w temperaturach, które pozwalają zachować odporność na korozję.
Nie zaniedbuj stężenia kwasu azotowego w kąpieli pasywacyjnej. Okresowe kontrole należy przeprowadzać, stosując prostą procedurę miareczkowania sugerowaną przez Carpentera. Nie pasywuj więcej niż jednej stali nierdzewnej jednocześnie. Zapobiega to kosztownym pomyłkom i reakcjom galwanicznym.
O autorach: Terry A. DeBold jest specjalistą ds. badań i rozwoju stopów stali nierdzewnej, a James W. Martin jest specjalistą ds. metalurgii prętów w firmie Carpenter Technology Corp.(Reading, Pensylwania).
Ile to kosztuje? Ile miejsca potrzebuję? Z jakimi problemami środowiskowymi się zetknę? Jak stroma jest krzywa uczenia się? Czym właściwie jest anodowanie? Poniżej znajdują się odpowiedzi na wstępne pytania mistrzów dotyczące anodowania wnętrza.
Aby uzyskać spójne, wysokiej jakości rezultaty szlifowania bezkłowego, konieczna jest podstawowa wiedza. Większość problemów aplikacyjnych związanych ze szlifowaniem bezkłowym wynika z braku zrozumienia podstaw. W tym artykule wyjaśniono, dlaczego proces szlifowania bezkłowego działa i jak najskuteczniej wykorzystać go w warsztacie.