Вы убедились, что детали изготовлены в соответствии со спецификацией. Теперь убедитесь, что вы приняли меры для защиты этих деталей в условиях, ожидаемых вашими клиентами. #base
Пассивация остается важным этапом в обеспечении максимальной коррозионной стойкости деталей и узлов, изготовленных из нержавеющей стали. Это может стать решающим фактором между удовлетворительной работой и преждевременным выходом из строя. Неправильная пассивация может привести к коррозии.
Пассивация — это технология, применяемая после изготовления детали, которая позволяет максимально повысить её коррозионную стойкость. Это не удаление окалины и не покраска.
Единого мнения относительно точного механизма пассивации нет. Но точно известно, что на поверхности пассивированной нержавеющей стали образуется защитная оксидная пленка. Эта невидимая пленка, как утверждается, чрезвычайно тонкая, менее 0,0000001 дюйма, что примерно в 1/100 000 раз меньше толщины человеческого волоса!
На чистой, свежеобработанной, отполированной или протравленной детали из нержавеющей стали под воздействием атмосферного кислорода автоматически образуется оксидная пленка. В идеальных условиях этот защитный оксидный слой полностью покрывает все поверхности детали.
Однако на практике в процессе обработки на поверхность деталей из нержавеющей стали могут попадать загрязнения, такие как заводская грязь или частицы железа от режущих инструментов. Если их не удалить, эти посторонние частицы могут снизить эффективность исходной защитной пленки.
В процессе механической обработки следы свободного железа могут удаляться с инструмента и переноситься на поверхность заготовки из нержавеющей стали. В некоторых случаях на детали может появиться тонкий слой ржавчины. На самом деле это коррозия инструментальной стали, а не основного металла. Иногда трещины, вызванные вкраплениями стальных частиц от режущих инструментов или продуктов их коррозии, могут привести к эрозии самой детали.
Аналогичным образом, мелкие частицы металлургических загрязнений могут прилипать к поверхности детали. Хотя металл в готовом виде может выглядеть блестящим, после воздействия воздуха невидимые частицы свободного железа могут вызывать поверхностную ржавчину.
Открытые сульфиды также могут представлять проблему. Они образуются при добавлении серы в нержавеющую сталь для улучшения обрабатываемости. Сульфиды повышают способность сплава к образованию стружки во время обработки, которая может быть полностью удалена с режущего инструмента. Если детали не пассивированы должным образом, сульфиды могут стать отправной точкой для поверхностной коррозии промышленных изделий.
В обоих случаях пассивация необходима для максимального повышения естественной коррозионной стойкости нержавеющей стали. Она удаляет поверхностные загрязнения, такие как частицы железа и частицы железа в режущих инструментах, которые могут образовывать ржавчину или становиться отправной точкой коррозии. Пассивация также удаляет сульфиды, находящиеся на поверхности нержавеющих сплавов, полученных открытым способом.
Наилучшую коррозионную стойкость обеспечивает двухэтапная процедура: 1. Очистка, основная процедура, которой иногда пренебрегают; 2. Кислотная ванна или пассивация.
Очистка всегда должна быть приоритетной задачей. Поверхности необходимо тщательно очистить от смазки, охлаждающей жидкости и других загрязнений, чтобы обеспечить оптимальную коррозионную стойкость. Загрязнения от механической обработки или другие заводские загрязнения можно аккуратно удалить, протерев деталь. Для удаления технологических масел или охлаждающих жидкостей можно использовать коммерческие обезжиривающие средства или чистящие средства. Посторонние вещества, такие как термические оксиды, могут потребовать удаления с помощью таких методов, как шлифовка или травление.
Иногда оператор станка может пренебречь базовой очисткой, ошибочно полагая, что очистка и пассивация произойдут одновременно, просто погрузив смазанную деталь в кислотную ванну. Этого не произойдет. Напротив, загрязненная смазка реагирует с кислотой, образуя пузырьки воздуха. Эти пузырьки скапливаются на поверхности заготовки и препятствуют пассивации.
Хуже того, загрязнение растворов для пассивации, которые иногда содержат высокие концентрации хлоридов, может вызвать «вспышку». В отличие от получения желаемой оксидной пленки с блестящей, чистой, коррозионностойкой поверхностью, импульсное травление может привести к сильному травлению или почернению поверхности — ухудшению состояния поверхности, которое пассивация призвана оптимизировать.
Детали из мартенситной нержавеющей стали [магнитные, умеренно коррозионностойкие, с пределом текучести до 280 тысяч фунтов на квадратный дюйм (1930 МПа)] закаливаются при высоких температурах, а затем отпускаются для обеспечения желаемой твердости и механических свойств. Сплавы, упрочненные осаждением (обладающие большей прочностью и коррозионной стойкостью, чем мартенситные марки), могут подвергаться термической обработке, частичной механической обработке, старению при более низких температурах, а затем окончательной обработке.
В этом случае деталь перед термообработкой необходимо тщательно очистить обезжиривающим или чистящим средством, чтобы удалить все следы смазочно-охлаждающей жидкости. В противном случае остатки охлаждающей жидкости на детали могут вызвать чрезмерное окисление. Это может привести к образованию вмятин на мелких деталях после удаления окалины кислотными или абразивными методами. Если охлаждающая жидкость остается на блестящих закаленных деталях, например, в вакуумной печи или в защитной атмосфере, может произойти науглероживание поверхности, что приведет к потере коррозионной стойкости.
После тщательной очистки детали из нержавеющей стали можно погрузить в пассивирующую кислотную ванну. Можно использовать любой из трех методов: пассивацию азотной кислотой, пассивацию азотной кислотой с дихроматом натрия и пассивацию лимонной кислотой. Выбор метода зависит от марки нержавеющей стали и установленных критериев приемки.
Более коррозионностойкие марки никель-хрома можно пассивировать в 20% (об/об) азотной кислоте (рис. 1). Как показано в таблице, менее стойкие нержавеющие стали можно пассивировать добавлением дихромата натрия в азотную кислоту, чтобы сделать раствор более окислительным и способным образовывать пассивирующую пленку на поверхности металла. Другой вариант замены азотной кислоты на хромат натрия — увеличение концентрации азотной кислоты до 50% по объему. Как добавление дихромата натрия, так и более высокая концентрация азотной кислоты снижают вероятность нежелательного образования налета.
Процедура пассивации обрабатываемых нержавеющих сталей (также показана на рис. 1) несколько отличается от процедуры пассивации необрабатываемых марок нержавеющей стали. Это связано с тем, что в процессе пассивации в ванне с азотной кислотой удаляются некоторые или все обрабатываемые серосодержащие сульфиды, что приводит к образованию микроскопических неоднородностей на поверхности заготовки.
Даже при обычно эффективной промывке водой в этих разрывах после пассивации могут оставаться остаточные следы кислоты. Эта кислота будет воздействовать на поверхность детали, если ее не нейтрализовать или не удалить.
Для эффективной пассивации легко обрабатываемой нержавеющей стали компания Carpenter разработала процесс AAA (щелочно-кислотно-щелочной), который нейтрализует остаточную кислоту. Этот метод пассивации может быть выполнен менее чем за 2 часа. Вот пошаговое описание процесса:
После обезжиривания замочите детали в 5%-ном растворе гидроксида натрия при температуре от 71°C до 82°C в течение 30 минут. Затем тщательно промойте детали водой. После этого погрузите деталь на 30 минут в 20%-ный (об/об) раствор азотной кислоты, содержащий 22 г/л дихромата натрия, при температуре от 49°C до 60°C. После извлечения детали из ванны промойте ее водой, затем погрузите в раствор гидроксида натрия на 30 минут. Снова промойте деталь водой и высушите, завершив метод AAA.
Пассивация лимонной кислотой становится все более популярной среди производителей, стремящихся избежать использования минеральных кислот или растворов, содержащих дихромат натрия, а также проблем с утилизацией и повышенной безопасностью, связанных с их применением. Лимонная кислота считается экологически чистой во всех отношениях.
Хотя пассивация лимонной кислотой предлагает привлекательные экологические преимущества, предприятия, которые успешно использовали пассивацию неорганическими кислотами и не имеют проблем с безопасностью, возможно, захотят продолжить этот процесс. Если у этих пользователей чистый цех, оборудование находится в хорошем состоянии и чистоте, охлаждающая жидкость не содержит заводских отложений железа, и процесс дает хорошие результаты, то реальной необходимости в изменениях может и не быть.
Было установлено, что пассивация в ванне с лимонной кислотой полезна для широкого спектра нержавеющих сталей, включая несколько отдельных марок нержавеющей стали, как показано на рисунке 2. Для удобства на рисунке 2.1 показан традиционный метод пассивации с использованием азотной кислоты. Обратите внимание, что старые составы азотной кислоты выражены в процентах по объему, тогда как новые концентрации лимонной кислоты выражены в процентах по массе. Важно отметить, что при выполнении этих процедур крайне важен тщательный баланс времени выдержки, температуры ванны и концентрации, чтобы избежать описанного выше «обливания».
Степень пассивации варьируется в зависимости от содержания хрома и технологических характеристик каждого сорта. Обратите внимание на столбцы, соответствующие либо Процессу 1, либо Процессу 2. Как показано на рисунке 3, Процесс 1 имеет меньше этапов, чем Процесс 2.
Лабораторные исследования показали, что процесс пассивации лимонной кислотой более склонен к «кипению», чем процесс с использованием азотной кислоты. Факторы, способствующие этому процессу, включают слишком высокую температуру ванны, слишком длительное время выдержки и загрязнение ванны. В продаже имеются продукты на основе лимонной кислоты, содержащие ингибиторы коррозии и другие добавки, такие как смачивающие агенты, которые, как сообщается, снижают восприимчивость к «мгновенной коррозии».
Окончательный выбор метода пассивации будет зависеть от критериев приемки, установленных заказчиком. Подробную информацию см. в стандарте ASTM A967. С ним можно ознакомиться на сайте www.astm.org.
Часто проводятся испытания для оценки поверхности пассивированных деталей. Вопрос, на который необходимо ответить, звучит так: «Удаляет ли пассивация свободное железо и оптимизирует ли коррозионную стойкость сплавов для автоматической резки?»
Важно, чтобы метод тестирования соответствовал оцениваемому предмету. Слишком строгие тесты не позволят пройти проверку по абсолютно качественным материалам, а слишком мягкие — позволят пройти проверку по неудовлетворительным разделам.
Нержавеющие стали серии 400, легко поддающиеся обработке и обладающие высоким pH, лучше всего тестировать в камере, способной поддерживать 100% влажность (влажность образца) в течение 24 часов при температуре 35°C (95°F). Поперечное сечение часто является наиболее критической поверхностью, особенно для сталей, легко поддающихся обработке. Одна из причин этого заключается в том, что сульфиды перемещаются в направлении обработки по этой поверхности.
Критические поверхности следует располагать вверх, но под углом 15-20 градусов к вертикали, чтобы обеспечить отвод влаги. Правильно пассивированный материал практически не ржавеет, хотя на нем могут появляться небольшие пятна.
Аустенитные марки нержавеющей стали также можно оценить с помощью анализа влажности. В этом тесте на поверхности образца должны присутствовать капли воды, указывающие на наличие свободного железа по наличию ржавчины.
Для пассивации широко используемых в автоматических и ручных процессах нержавеющих сталей в растворах лимонной или азотной кислоты требуются различные методы. На рис. 3 ниже приведены подробные сведения о выборе метода.
(a) Отрегулируйте pH с помощью гидроксида натрия. (b) См. рис. 3(c). Na2Cr2O7 представляет собой 3 унции/галлон (22 г/л) дихромата натрия в 20% азотной кислоте. Альтернативой этой смеси является 50% азотная кислота без дихромата натрия.
Более быстрый подход заключается в использовании стандарта ASTM A380 «Стандартная методика очистки, удаления окалины и пассивации деталей, оборудования и систем из нержавеющей стали». Тест включает протирание детали раствором сульфата меди/серной кислоты, выдерживание ее во влажном состоянии в течение 6 минут и наблюдение за образованием медного налета. В качестве альтернативы деталь можно погрузить в раствор на 6 минут. Если железо растворяется, происходит образование медного налета. Этот тест не применим к поверхностям деталей, используемых в пищевой промышленности. Также его не следует использовать на мартенситных сталях серии 400 или ферритных сталях с низким содержанием хрома, поскольку могут возникать ложноположительные результаты.
Исторически сложилось так, что для оценки пассивированных образцов также использовался тест с 5%-ным солевым туманом при температуре 95°F (35°C). Этот тест слишком строг для некоторых сортов и, как правило, не требуется для подтверждения эффективности пассивации.
Избегайте использования избытка хлоридов, так как это может вызвать опасные вспышки. По возможности используйте только высококачественную воду с содержанием хлоридов менее 50 частей на миллион (ppm). Водопроводной воды обычно достаточно, а в некоторых случаях она может выдерживать до нескольких сотен частей на миллион хлоридов.
Важно регулярно заменять ванну, чтобы не потерять пассивирующий потенциал, который может привести к ударам молнии и повреждению деталей. В ванне необходимо поддерживать надлежащую температуру, так как неконтролируемая температура может вызвать локальную коррозию.
Во время крупных производственных циклов крайне важно строго соблюдать график замены раствора, чтобы свести к минимуму возможность загрязнения. Для проверки эффективности ванны использовался контрольный образец. Если образец подвергся воздействию, необходимо заменить ванну.
Обратите внимание, что некоторые станки обрабатывают только нержавеющую сталь; используйте один и тот же предпочтительный охлаждающий агент для резки нержавеющей стали, исключая все другие металлы.
Детали рейки DO обрабатываются отдельно, чтобы избежать контакта металла с металлом. Это особенно важно для бесконтактной обработки нержавеющей стали, поскольку для диффузии продуктов сульфидной коррозии и предотвращения образования кислотных зон необходимы легкотекучие растворы для пассивации и промывки.
Не следует пассивировать детали из цементированной или азотированной нержавеющей стали. Коррозионная стойкость деталей, обработанных таким образом, может снизиться до такой степени, что они могут быть повреждены в пассивирующей ванне.
Не используйте инструменты из черных металлов в условиях недостаточной чистоты в мастерской. Стружку из стали можно избежать, используя твердосплавные или керамические инструменты.
Следует учитывать, что в пассивирующей ванне может возникнуть коррозия, если деталь не прошла надлежащую термообработку. Мартенситные стали с высоким содержанием углерода и хрома необходимо закаливать для повышения коррозионной стойкости.
Пассивацию обычно проводят после последующего отпуска при температурах, обеспечивающих сохранение коррозионной стойкости.
Не следует пренебрегать концентрацией азотной кислоты в пассивирующей ванне. Периодические проверки следует проводить с использованием простой процедуры титрования, предложенной Карпентером. Не пассивируйте более одного образца нержавеющей стали одновременно. Это предотвратит дорогостоящую путаницу и гальванические реакции.
Об авторах: Терри А. ДеБолд — специалист по исследованиям и разработкам в области сплавов нержавеющей стали, а Джеймс В. Мартин — специалист по металлургии прутков в компании Carpenter Technology Corp.(Рединг, Пенсильвания).
Сколько это стоит? Сколько места мне нужно? С какими экологическими проблемами я столкнусь? Насколько сложен процесс обучения? Что именно представляет собой анодирование? Ниже приведены ответы на первоначальные вопросы мастеров об анодировании интерьера.
Для получения стабильных и высококачественных результатов при бесцентровом шлифовании необходимо базовое понимание процесса. Большинство проблем, связанных с применением бесцентрового шлифования, возникают из-за недостаточного понимания его основ. В этой статье объясняется, почему этот простой процесс работает и как наиболее эффективно использовать его в вашей мастерской.