Você verificou se as peças foram fabricadas de acordo com as especificações. Agora, certifique-se de tomar medidas para proteger essas peças no ambiente em que seus clientes esperam encontrá-las. #base
A passivação continua sendo uma etapa importante para maximizar a resistência à corrosão de peças e conjuntos usinados em aço inoxidável. Isso pode fazer a diferença entre um desempenho satisfatório e uma falha prematura. A passivação incorreta pode causar corrosão.
A passivação é uma técnica pós-fabricação que maximiza a resistência inerente à corrosão das ligas de aço inoxidável que compõem a peça. Não se trata de desincrustação ou pintura.
Não há consenso sobre o mecanismo exato pelo qual a passivação funciona. Mas sabe-se com certeza que existe uma película protetora de óxido na superfície do aço inoxidável passivado. Diz-se que essa película invisível é extremamente fina, com menos de 0,0000001 polegada de espessura, o que corresponde a 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 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 de fábrica ou partículas de ferro provenientes de ferramentas de corte podem se depositar na superfície de peças de aço inoxidável durante o processamento. Se não forem removidos, esses corpos estranhos podem reduzir a eficácia da película protetora original.
Durante a usinagem, traços de ferro livre podem ser removidos da ferramenta e transferidos para a superfície da peça de aço inoxidável. Em alguns casos, uma fina camada de ferrugem pode aparecer na peça. Na verdade, trata-se da corrosão do aço da ferramenta, e não do metal base. Às vezes, fissuras causadas por partículas de aço incrustadas provenientes das ferramentas de corte ou seus produtos de corrosão podem corroer a própria peça.
Da mesma forma, pequenas partículas de resíduos metalúrgicos ferrosos podem aderir à superfície da peça. Embora o metal possa parecer brilhante em seu estado final, após a exposição ao ar, partículas invisíveis de ferro livre podem causar ferrugem superficial.
Os sulfetos expostos também podem ser um problema. Eles são produzidos pela 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 ser completamente removidos da ferramenta de corte. Se as peças não forem devidamente passivadas, os sulfetos podem se tornar o ponto de partida para a corrosão superficial de produtos industriais.
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 ferro e partículas de ferro presentes em ferramentas de corte, que podem formar ferrugem ou se tornar o ponto de partida para a corrosão. A passivação também remove sulfetos encontrados na superfície de ligas de aço inoxidável usinadas a céu aberto.
Um procedimento em duas etapas proporciona a melhor resistência à corrosão: 1. Limpeza, o procedimento principal, mas às vezes negligenciado; 2. Banho ácido ou passivação.
A limpeza deve ser sempre uma prioridade. As superfícies devem ser completamente limpas de graxa, fluido de corte ou outros resíduos para garantir a máxima resistência à corrosão. Resíduos de usinagem ou outras sujidades de fábrica podem ser removidos da peça com cuidado. Desengraxantes ou produtos de limpeza comerciais podem ser usados ​​para remover óleos ou fluidos de corte do processo. Matérias estranhas, como óxidos térmicos, podem precisar ser removidas por métodos como retificação ou decapagem.
Às vezes, o operador da máquina pode negligenciar a limpeza básica, acreditando erroneamente que a limpeza e a passivação ocorrerão simultaneamente, simplesmente imergindo a peça oleada em um banho ácido. Isso não acontecerá. Pelo contrário, a graxa contaminada reage com o ácido formando bolhas de ar. Essas bolhas se acumulam na superfície da peça e interferem na passivação.
Pior ainda, a contaminação das soluções de passivação, que às vezes contêm altas concentrações de cloretos, pode causar um "flash". Ao contrário da produção da película de óxido desejada, com uma superfície brilhante, limpa e resistente à corrosão, o flash pode resultar em corrosão severa ou escurecimento da superfície — uma deterioração que a passivação visa otimizar.
As peças de aço inoxidável martensítico [magnéticas, moderadamente resistentes à corrosão, com limite de escoamento de até cerca de 280 mil psi (1930 MPa)] são temperadas a altas temperaturas e, em seguida, revenidas para obter a dureza e as propriedades mecânicas desejadas. As ligas endurecidas por precipitação (que possuem melhor resistência mecânica e à corrosão do que as ligas martensíticas) podem ser submetidas a tratamento térmico de solubilização, usinagem parcial, envelhecimento a temperaturas mais baixas e, por fim, acabamento.
Nesse caso, a peça deve ser completamente limpa com um desengraxante ou produto de limpeza antes do tratamento térmico para remover quaisquer vestígios de fluido de corte. Caso contrário, o fluido de corte remanescente na peça pode causar oxidação excessiva. Essa condição pode causar a formação de amassados ​​em peças menores após a remoção da carepa com ácido ou métodos abrasivos. Se o fluido de corte permanecer em peças endurecidas e brilhantes, como em um forno a vácuo ou em uma atmosfera protetora, pode ocorrer carbonização superficial, resultando na perda da resistência à corrosão.
Após uma limpeza completa, as peças de aço inoxidável podem ser imersas em um banho ácido passivante. Qualquer um dos três métodos pode ser utilizado: 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 inoxidáveis ​​de níquel-cromo 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 a um banho de ácido nítrico, tornando a solução mais oxidante e capaz de formar uma película passivante 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 uma explosão indesejada.
O procedimento de passivação para aços inoxidáveis ​​usináveis ​​(também mostrado na Fig. 1) é ligeiramente diferente do procedimento para aços inoxidáveis ​​não usináveis. Isso ocorre porque, durante a passivação em banho de ácido nítrico, alguns ou todos os sulfetos contendo enxofre usináveis ​​são removidos, criando heterogeneidades microscópicas na superfície da peça.
Mesmo uma lavagem com água normalmente eficaz pode deixar resíduos de ácido nessas descontinuidades após a passivação. Esse ácido atacará a superfície da peça se não for neutralizado ou removido.
Para uma passivação eficiente do aço inoxidável de fácil usinagem, a Carpenter desenvolveu o processo AAA (Alcalino-Ácido-Alcalino), que neutraliza o ácido residual. Este método de passivação pode ser concluído em menos de 2 horas. Veja a seguir 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, em seguida, mergulhe-a novamente em uma solução de hidróxido de sódio por 30 minutos. Enxágue a peça novamente com água e seque-a, 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 crescentes 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 benefícios ambientais atraentes, as empresas que obtiveram sucesso com a passivação com ácido inorgânico e não têm preocupações com a segurança podem optar por manter o método. Se esses usuários mantiverem um ambiente de trabalho limpo, os equipamentos estiverem em boas condições e limpos, o fluido refrigerante estiver livre de depósitos ferrosos de fábrica e o processo estiver produzindo bons resultados, pode não haver necessidade real de mudança.
A passivação com banho de ácido cítrico tem se mostrado útil para uma ampla gama de aços inoxidáveis, incluindo diversos tipos específicos, como ilustrado na Figura 2. Para maior clareza, a Figura 2.1 inclui o método tradicional de passivação com ácido nítrico. Observe que as formulações antigas de ácido nítrico são expressas em porcentagem por volume, enquanto as novas concentrações de ácido cítrico são expressas em porcentagem por massa. É importante ressaltar que, ao realizar esses procedimentos, um equilíbrio cuidadoso entre o tempo de imersão, a temperatura do banho e a concentração é crucial para evitar a vaporização instantânea descrita anteriormente.
A passivação varia dependendo do teor de cromo e das características de processamento de cada variedade. Observe as colunas referentes ao Processo 1 ou ao Processo 2. Como mostrado na Figura 3, o Processo 1 possui menos etapas que o Processo 2.
Testes de laboratório demonstraram que o processo de passivação com ácido cítrico é mais propenso à "ebulição" 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 definidos 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 ligas para usinagem automática?"
É importante que o método de avaliação seja adequado à disciplina que está sendo avaliada. Testes muito rigorosos não aprovarão materiais de excelente qualidade, enquanto testes muito brandos aprovarão apenas conteúdos insatisfatórios.
Os aços inoxidáveis ​​da série 400, com pH e fácil usinagem, são melhor avaliados em uma câmara capaz de manter 100% de umidade (amostra úmida) por 24 horas a 35 °C (95 °F). A seção transversal costuma ser a superfície mais crítica, especialmente para aços de corte livre. Uma das razões para isso é que o sulfeto é puxado na direção da usinagem através dessa superfície.
As superfícies críticas devem ser posicionadas para cima, mas em um ângulo de 15 a 20 graus em relação à vertical, para permitir a perda de umidade. O material devidamente passivado dificilmente enferrujará, embora pequenas manchas possam aparecer.
Os aços inoxidáveis ​​austeníticos também podem ser avaliados por meio de testes de umidade. Nesse teste, gotas de água devem estar presentes na superfície da amostra, indicando a presença de ferro livre pela ausência de ferrugem.
Os procedimentos de passivação para aços inoxidáveis ​​automáticos e manuais de uso comum 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 é 3 oz/gal (22 g/L) de dicromato de sódio em ácido nítrico a 20%. Uma alternativa a esta mistura é ácido nítrico a 50% sem dicromato de sódio.
Uma abordagem mais rápida é utilizar a 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 deposição de cobre. Alternativamente, a peça pode ser imersa na solução por 6 minutos. Se o ferro se dissolver, ocorre a deposição de cobre. Este teste não se aplica às superfícies de peças utilizadas na indústria alimentícia. Além disso, não deve ser utilizado 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 cultivares e geralmente não é necessário para confirmar a eficácia da passivação.
Evite o uso excessivo de cloretos, que podem causar inflamações perigosas. Sempre que 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, em alguns casos, pode suportar até várias centenas de partes por milhão de cloretos.
É importante substituir o banho regularmente para não perder o potencial de passivação, o que pode levar a descargas atmosféricas e danos às peças. O banho deve ser mantido na temperatura adequada, pois temperaturas descontroladas podem causar corrosão localizada.
É importante seguir um cronograma de troca de solução bem específico durante grandes produções para minimizar a possibilidade de contaminação. Uma amostra de controle foi utilizada para testar a eficácia do banho. Se a amostra apresentar sinais de contaminação, é hora de substituir o banho.
Atenção: algumas máquinas produzem apenas aço inoxidável; utilize o mesmo fluido de corte preferencial para aço inoxidável, com exclusão de todos os outros metais.
As peças do suporte DO são usinadas separadamente para evitar o contato metal com metal. Isso é especialmente importante para a usinagem livre do aço inoxidável, pois soluções de passivação e lavagem de fácil escoamento são necessárias para dispersar os produtos da corrosão por sulfeto e evitar a formação de bolsas de ácido.
Não realize a passivação de peças de aço inoxidável cementadas ou nitretadas. A resistência à corrosão de peças tratadas dessa forma pode ser reduzida a tal ponto que elas podem ser danificadas no banho de passivação.
Não utilize ferramentas de metal ferroso em oficinas que não sejam particularmente limpas. A formação de cavacos de aço pode ser evitada com o uso de ferramentas de metal duro ou cerâmica.
Esteja ciente de que pode ocorrer corrosão no banho de passivação se a peça não tiver sido tratada termicamente de forma adequada. 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 em temperaturas que mantêm a resistência à corrosão.
Não negligencie a concentração de ácido nítrico no banho de passivação. Devem ser feitas verificações periódicas utilizando o procedimento de titulação simples sugerido por Carpenter. Não passiva mais de um aço inoxidável por vez. Isso evita confusões dispendiosas e previne reações galvânicas.
Sobre os autores: Terry A. DeBold é especialista em P&D de ligas de aço inoxidável e James W. Martin é especialista em metalurgia de barras na Carpenter Technology Corp.(Reading, Pensilvânia).
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