Você garantiu que as peças foram usinadas de acordo com as especificações. Agora, certifique-se de ter tomado medidas para proteger essas peças nas condições que seus clientes esperam. #básico
A passivação continua sendo uma etapa crucial para maximizar a resistência básica à corrosão de peças e conjuntos usinados em aço inoxidável. Ela pode fazer a diferença entre um desempenho satisfatório e uma falha prematura. Se executada incorretamente, a passivação pode, na verdade, causar corrosão.
A passivação é um método pós-fabricação que maximiza a resistência inerente à corrosão das ligas de aço inoxidável que compõem a peça. Não se trata de um tratamento de remoção de incrustações, nem de uma aplicação de tinta.
Não existe consenso geral sobre o mecanismo preciso de como a passivação funciona. Mas é certo que existe uma película protetora de óxido na superfície do aço inoxidável passivado. Acredita-se que essa película invisível seja extremamente fina, com menos de 0,0000001 polegada de espessura, cerca de 1/100.000 da espessura de um fio de cabelo humano!
Uma peça de aço inoxidável limpa, recém-usinada, polida ou decapada, adquirirá automaticamente essa película de óxido devido à sua exposição ao oxigênio atmosférico. Em condições ideais, essa camada protetora de óxido cobre completamente todas as superfícies da peça.
Na prática, porém, contaminantes como sujeira da oficina ou partículas de ferro das ferramentas de corte podem ser transferidos para a superfície de peças de aço inoxidável durante a usinagem. Se não forem removidos, esses corpos estranhos podem reduzir a eficácia da película protetora original.
Durante a usinagem, traços de ferro livre podem se desprender da ferramenta e serem transferidos para a superfície da peça de aço inoxidável. Em alguns casos, uma fina camada de ferrugem pode aparecer na peça. Isso, na verdade, é corrosão do aço pela ferramenta, e não do metal base. Ocasionalmente, fendas com partículas de aço incrustadas provenientes das ferramentas de corte ou seus produtos de corrosão podem causar erosão na própria peça.
Da mesma forma, pequenas partículas de sujeira ferrosa da oficina podem aderir à superfície da peça. Embora o metal possa parecer brilhante no estado usinado, após a exposição ao ar, partículas invisíveis de ferro livre podem causar ferrugem superficial.
A presença de sulfetos expostos também pode ser um problema. Eles são provenientes da adição de enxofre ao aço inoxidável para melhorar a usinabilidade. Os sulfetos aumentam a capacidade da liga de formar cavacos durante a usinagem, que podem se desprender completamente da ferramenta de corte. A menos que as peças sejam devidamente passivadas, os sulfetos podem se tornar um ponto de partida para a corrosão superficial em produtos manufaturados.
Em ambos os casos, a passivação é necessária para maximizar a resistência natural à corrosão do aço inoxidável. Ela remove contaminantes superficiais, como partículas de sujeira ferrosa da oficina e partículas de ferro em ferramentas de corte, que podem formar ferrugem ou se tornar um ponto de partida para a corrosão. A passivação também remove sulfetos expostos na superfície de ligas de aço inoxidável de corte livre.
Um procedimento em duas etapas proporciona a melhor resistência à corrosão: 1. Limpeza, um procedimento básico, mas às vezes negligenciado; 2. Banho ácido ou tratamento de passivação.
A limpeza deve ser sempre uma prioridade. As superfícies devem ser completamente limpas de graxa, fluido de corte ou outros resíduos da oficina para uma resistência à corrosão ideal. Resíduos de usinagem ou outras sujeiras da oficina podem ser cuidadosamente removidos da peça. Desengraxantes ou produtos de limpeza comerciais podem ser usados ​​para remover óleos de processo ou fluidos de corte. Matéria estranha, como óxidos térmicos, pode ter que ser removida por métodos como retificação ou decapagem.
Às vezes, um operador de máquina pode negligenciar a limpeza básica, acreditando erroneamente que a limpeza e a passivação ocorrerão simultaneamente simplesmente mergulhando uma peça impregnada de graxa em um banho ácido. Isso não acontece. Ao contrário, a graxa contaminada reage com o ácido formando bolhas de ar. Essas bolhas se acumulam na superfície da peça e interferem na passivação.
Para piorar a situação, a contaminação das soluções de passivação, que às vezes contêm altas concentrações de cloretos, pode causar "flashing" (corrosão instantânea). Ao contrário da obtenção da película de óxido desejada com uma superfície brilhante, limpa e resistente à corrosão, o flash etching pode resultar em uma superfície fortemente corroída ou escurecida — deterioração da superfície que a passivação visa otimizar.
As peças fabricadas em aço inoxidável martensítico [magnético, moderadamente resistente à corrosão, limite de escoamento de até cerca de 280 ksi (1930 MPa)] são endurecidas a temperaturas elevadas e, em seguida, revenidas para garantir a dureza e as propriedades mecânicas desejadas. As ligas endurecíveis por precipitação, que possuem melhor resistência mecânica e à corrosão do que as ligas martensíticas, podem ser submetidas a tratamento de solubilização, usinagem parcial, envelhecimento a temperaturas mais baixas e, posteriormente, acabamento.
Nesse caso, a peça deve ser completamente limpa com um desengraxante ou produto de limpeza para remover quaisquer vestígios de fluido de corte antes do tratamento térmico. Caso contrário, o fluido de corte remanescente na peça pode causar oxidação excessiva. Essa condição pode fazer com que peças com dimensões inferiores às especificadas apresentem amassados ​​após a remoção da camada superficial por métodos ácidos ou abrasivos. Se o fluido de corte permanecer em peças endurecidas e brilhantes, como em um forno a vácuo ou atmosfera protetora, pode ocorrer carbonização superficial, resultando em perda de resistência à corrosão.
Após uma limpeza completa, as peças de aço inoxidável podem ser imersas em um banho ácido passivante. Três métodos podem ser utilizados: passivação com ácido nítrico, passivação com ácido nítrico e dicromato de sódio, e passivação com ácido cítrico. O método a ser utilizado depende da classe do aço inoxidável e dos critérios de aceitação especificados.
Aços cromo-níquel mais resistentes à corrosão podem ser passivados em um banho de ácido nítrico a 20% (v/v) (Figura 1). Como mostrado na tabela, aços inoxidáveis ​​menos resistentes podem ser passivados pela adição de dicromato de sódio ao banho de ácido nítrico, tornando a solução mais oxidante e capaz de formar uma película passiva na superfície do metal. Outra opção para substituir o ácido nítrico por cromato de sódio é aumentar a concentração de ácido nítrico para 50% em volume. Tanto a adição de dicromato de sódio quanto a maior concentração de ácido nítrico reduzem a probabilidade de formação de vapor indesejado.
O procedimento para passivação de aços inoxidáveis ​​de fácil usinagem (também mostrado na Figura 1) é um pouco diferente daquele para aços inoxidáveis ​​que não são de fácil usinagem. Isso ocorre porque, durante a passivação em um banho típico de ácido nítrico, alguns ou todos os sulfetos de grau usinável que contêm enxofre são removidos, criando descontinuidades microscópicas na superfície da peça usinada.
Mesmo uma lavagem com água geralmente eficaz pode deixar resíduos de ácido nessas descontinuidades após a passivação. Esse ácido atacará a superfície da peça, a menos que seja neutralizado ou removido.
Para passivar eficazmente o aço inoxidável de fácil usinagem, a Carpenter desenvolveu o processo AAA (Álcali-Ácido-Álcali), que neutraliza o ácido residual. Este método de passivação pode ser concluído em menos de 2 horas. Aqui está o processo passo a passo:
Após a desengorduragem, mergulhe as peças em uma solução de hidróxido de sódio a 5% a uma temperatura de 71°C a 82°C por 30 minutos. Em seguida, enxágue bem as peças em água. Depois, mergulhe a peça por 30 minutos em uma solução de ácido nítrico a 20% (v/v) contendo 22 g/l de dicromato de sódio a uma temperatura de 49°C a 60°C. Após retirar a peça do banho, enxágue-a com água e mergulhe-a novamente na solução de hidróxido de sódio por mais 30 minutos. Enxágue a peça novamente com água e seque, concluindo o método AAA.
A passivação com ácido cítrico está se tornando cada vez mais popular entre os fabricantes que desejam evitar o uso de ácidos minerais ou soluções contendo dicromato de sódio, bem como os problemas de descarte e as maiores preocupações com a segurança associadas ao seu uso. O ácido cítrico é considerado ecologicamente correto em todos os aspectos.
Embora a passivação com ácido cítrico ofereça vantagens ambientais atraentes, as oficinas que obtiveram sucesso com a passivação com ácido inorgânico e não têm preocupações com a segurança podem querer manter o método. Se esses usuários têm uma oficina limpa, equipamentos bem conservados e limpos, fluido refrigerante livre de incrustações ferrosas e um processo que produz bons resultados, pode não haver necessidade real de mudanças.
A passivação em banho de ácido cítrico mostrou-se útil para uma ampla gama de aços inoxidáveis, incluindo diversas classes individuais de aço inoxidável, conforme ilustrado na Figura 2. Para maior conveniência, o método tradicional de passivação com ácido nítrico, apresentado na Figura 1, também está incluído. Observe que as formulações mais antigas de ácido nítrico são expressas em porcentagem em volume, enquanto as concentrações mais recentes de ácido cítrico são expressas em porcentagem em peso. É importante ressaltar que, ao implementar esses procedimentos, o equilíbrio cuidadoso entre o tempo de imersão, a temperatura do banho e a concentração é crucial para evitar a "vaporização" descrita anteriormente.
Os tratamentos de passivação variam de acordo com o teor de cromo e as características de usinagem de cada classe. Observe as colunas que fazem referência ao Processo 1 ou ao Processo 2. Como mostrado na Figura 3, o Processo 1 envolve menos etapas do que o Processo 2.
Testes de laboratório demonstraram que o processo de passivação com ácido cítrico é mais propenso à corrosão instantânea do que o processo com ácido nítrico. Os fatores que contribuem para esse ataque incluem temperatura do banho muito alta, tempo de imersão muito longo e contaminação do banho. Produtos à base de ácido cítrico contendo inibidores de corrosão e outros aditivos, como agentes umectantes, estão disponíveis comercialmente e são relatados como redutores da suscetibilidade à corrosão instantânea.
A escolha final do método de passivação dependerá dos critérios de aceitação impostos pelo cliente. Consulte a norma ASTM A967 para obter detalhes. Ela pode ser acessada em www.astm.org.
Frequentemente, são realizados testes para avaliar a superfície de peças passivadas. A questão a ser respondida é: "A passivação remove o ferro livre e otimiza a resistência à corrosão de aços de corte livre?"
É importante que o método de teste seja adequado à classificação que está sendo avaliada. Testes muito rigorosos reprovarão materiais perfeitamente bons, enquanto testes muito permissivos aprovarão peças insatisfatórias.
Os aços inoxidáveis ​​da série 400, endurecidos por precipitação e de usinagem livre, são melhor avaliados em uma câmara capaz de manter 100% de umidade (amostras úmidas) por 24 horas a 35°C (95°F). A seção transversal é frequentemente a superfície mais crítica, especialmente para os aços de corte livre. Uma das razões para isso é que o sulfeto é alongado na direção da usinagem, interceptando essa superfície.
As superfícies críticas devem ser posicionadas com a face voltada para cima, mas em um ângulo de 15 a 20 graus em relação à vertical para permitir a perda de umidade. Materiais devidamente passivados dificilmente enferrujam, embora possam apresentar algumas manchas leves.
Os aços inoxidáveis ​​austeníticos também podem ser avaliados por meio de testes de umidade. Quando testados dessa forma, gotas de água devem estar presentes na superfície da amostra, indicando a presença de ferro livre pela ausência de ferrugem.
Os procedimentos para passivação de aços inoxidáveis ​​de corte livre e não livre, comumente usados ​​em soluções de ácido cítrico ou nítrico, requerem processos diferentes. A Figura 3 abaixo fornece detalhes sobre a seleção do processo.
(a) Ajuste o pH com hidróxido de sódio. (b) Veja a Figura 3. (c) Na₂Cr₂O₇ representa 3 oz/galão (22 g/l) de dicromato de sódio em ácido nítrico a 20%. Uma alternativa a essa mistura é o ácido nítrico a 50% sem dicromato de sódio.
Um método mais rápido é usar a solução descrita na norma ASTM A380, “Prática Padrão para Limpeza, Desincrustação e Passivação de Peças, Equipamentos e Sistemas de Aço Inoxidável”. O teste consiste em limpar a peça com uma solução de sulfato de cobre/ácido sulfúrico, mantê-la úmida por 6 minutos e observar a presença de revestimento de cobre. Como alternativa, a peça pode ser imersa na solução por 6 minutos. Se o ferro se dissolver, ocorre o revestimento de cobre. Este teste não deve ser usado em superfícies de peças para processamento de alimentos. Além disso, não deve ser usado em aços martensíticos da série 400 ou aços ferríticos com baixo teor de cromo, pois podem ocorrer resultados falso-positivos.
Historicamente, o teste de névoa salina a 5% e 35°C (95°F) também tem sido usado para avaliar amostras passivadas. Este teste é muito rigoroso para algumas classes de aço e geralmente não é necessário para confirmar a eficácia da passivação.
Evite o uso de cloretos em excesso, que podem causar ataques fulminantes prejudiciais. Se possível, use apenas água de alta qualidade com menos de 50 partes por milhão (ppm) de cloreto. A água da torneira geralmente é suficiente e pode tolerar até várias centenas de ppm de cloreto em alguns casos.
É importante substituir o banho regularmente para evitar a perda do potencial de passivação, que pode levar a descargas disruptivas e danos aos componentes. O banho deve ser mantido na temperatura adequada, pois temperaturas descontroladas podem causar corrosão localizada.
É importante manter um cronograma de troca de solução bem específico durante grandes volumes de produção para minimizar o potencial de contaminação. Uma amostra de controle foi usada para testar a eficácia do banho. Se a amostra for atacada, é hora de substituir o banho.
Por favor, especifique que determinadas máquinas trabalham apenas com aço inoxidável; utilize o mesmo fluido de corte recomendado para cortar aço inoxidável, excluindo todos os outros metais.
As peças do rack DO são tratadas individualmente para evitar o contato metal-metal. Isso é especialmente importante para o aço inoxidável de usinagem livre, pois soluções de passivação e lavagem com boa fluidez são necessárias para difundir os produtos de corrosão nos sulfetos e evitar a formação de bolsas de ácido.
Não passe por passivação em peças de aço inoxidável cementadas ou nitretadas. A resistência à corrosão dessas peças pode ser reduzida a ponto de torná-las suscetíveis ao ataque no banho de passivação.
Não utilize ferramentas de ferro em um ambiente de oficina que não seja particularmente limpo. A presença de partículas de aço pode ser evitada com o uso de ferramentas de carboneto ou cerâmica.
Não se esqueça de que a corrosão pode ocorrer no banho de passivação se a peça não for tratada termicamente corretamente. Aços martensíticos com alto teor de carbono e cromo devem ser endurecidos para resistência à corrosão.
A passivação geralmente é realizada após o revenimento subsequente, utilizando temperaturas que mantêm a resistência à corrosão.
Não ignore a concentração de ácido nítrico no banho de passivação. Devem ser feitas verificações periódicas utilizando o procedimento de titulação simples fornecido pela Carpenter. Não passivar mais de um aço inoxidável por vez. Isso evita confusões dispendiosas e reações galvânicas.
Sobre os autores: Terry A. DeBold é especialista em pesquisa e desenvolvimento de ligas de aço inoxidável e James W. Martin é metalurgista de barras na Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
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