Вы убедились, что детали изготовлены в соответствии со спецификацией. Теперь убедитесь, что вы принимаете меры для защиты этих деталей в среде, которую ожидают ваши клиенты. #base
Пассивация остается важным шагом в максимизации коррозионной стойкости деталей и узлов, изготовленных из нержавеющей стали. Это может стать решающим фактором между удовлетворительной производительностью и преждевременным отказом. Неправильная пассивация может вызвать коррозию.
Пассивация — это постпроизводственная технология, которая максимизирует внутреннюю коррозионную стойкость нержавеющих сплавов, из которых изготовлена ​​заготовка. Это не очистка от окалины или покраска.
Нет единого мнения о точном механизме работы пассивации. Но точно известно, что на поверхности пассивированной нержавеющей стали есть защитная оксидная пленка. Говорят, что эта невидимая пленка чрезвычайно тонкая, менее 0,0000001 дюйма толщиной, что составляет около 1/100 000 толщины человеческого волоса!
Чистая, свежеобработанная, отполированная или протравленная деталь из нержавеющей стали автоматически приобретает эту оксидную пленку из-за воздействия атмосферного кислорода. В идеальных условиях этот защитный оксидный слой полностью покрывает все поверхности детали.
Однако на практике загрязняющие вещества, такие как заводская грязь или частицы железа от режущих инструментов, могут попасть на поверхность деталей из нержавеющей стали во время обработки. Если их не удалить, эти инородные тела могут снизить эффективность исходной защитной пленки.
В процессе обработки следы свободного железа могут быть удалены с инструмента и перенесены на поверхность заготовки из нержавеющей стали. В некоторых случаях на детали может появиться тонкий слой ржавчины. По сути, это коррозия инструментальной стали, а не основного металла. Иногда трещины от внедренных стальных частиц режущих инструментов или продуктов их коррозии могут разъедать саму деталь.
Аналогично, мелкие частицы железной металлургической грязи могут прилипать к поверхности детали. Хотя металл может выглядеть блестящим в готовом состоянии, после контакта с воздухом невидимые частицы свободного железа могут вызвать поверхностную ржавчину.
Проблемой также могут быть открытые сульфиды. Они производятся путем добавления серы в нержавеющую сталь для улучшения обрабатываемости. Сульфиды повышают способность сплава образовывать стружку во время обработки, которую можно полностью удалить 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 максимизации естественной коррозионной стойкости нержавеющей стали. Она удаляет поверхностные загрязнения, такие как частицы железа и частицы железа в режущих инструментах, которые могут образовывать ржавчину или стать отправной точкой для коррозии. Пассивация также удаляет сульфиды, обнаруженные на поверхности сплавов нержавеющей стали, полученных путем открытой резки.
Двухэтапная процедура обеспечивает наилучшую коррозионную стойкость: 1. Очистка — основная процедура, но иногда ею пренебрегают. 2. Кислотная ванна или пассивация.
Очистка всегда должна быть приоритетом. Поверхности должны быть тщательно очищены от смазки, охлаждающей жидкости или другого мусора, чтобы обеспечить оптимальную коррозионную стойкость. Обрезки от обработки или другую заводскую грязь можно аккуратно стереть с детали. Для удаления технологических масел или охлаждающих жидкостей можно использовать коммерческие обезжириватели или очистители. Посторонние вещества, такие как термические оксиды, могут потребоваться для удаления такими методами, как шлифование или травление.
Иногда оператор станка может пропустить базовую очистку, ошибочно полагая, что очистка и пассивация будут происходить одновременно, просто погрузив смазанную деталь в кислотную ванну. Этого не произойдет. Наоборот, загрязненная смазка реагирует с кислотой, образуя пузырьки воздуха. Эти пузырьки собираются на поверхности заготовки и мешают пассивации.
Хуже того, загрязнение пассивирующих растворов, которые иногда содержат высокие концентрации хлоридов, может вызвать «вспышку». В отличие от получения желаемой оксидной пленки с блестящей, чистой, устойчивой к коррозии поверхностью, флэш-травление может привести к сильному травлению или почернению поверхности — ухудшению поверхности, которую пассивация призвана оптимизировать.
Детали из мартенситной нержавеющей стали [магнитная, умеренно коррозионностойкая, предел текучести до 280 тысяч фунтов на квадратный дюйм (1930 МПа)] закаливаются при высоких температурах, а затем отпускаются для обеспечения желаемой твердости и механических свойств. Дисперсионно-твердеющие сплавы (которые обладают лучшей прочностью и коррозионной стойкостью, чем мартенситные марки) могут быть обработаны на твердый раствор, частично обработаны, состарены при более низких температурах, а затем обработаны.
В этом случае деталь необходимо тщательно очистить обезжиривателем или очистителем перед термической обработкой, чтобы удалить все следы смазочно-охлаждающей жидкости. В противном случае охлаждающая жидкость, оставшаяся на детали, может вызвать чрезмерное окисление. Это состояние может привести к образованию вмятин на более мелких деталях после удаления окалины кислотными или абразивными методами. Если охлаждающая жидкость останется 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 кислотную пассивирующую ванну. Можно использовать любой из трех методов – пассивация азотной кислотой, пассивация азотной кислотой с дихроматом натрия и пассивация лимонной кислотой. Какой метод использовать, зависит от марки нержавеющей стали и указанных критериев приемки.
Более коррозионностойкие марки никеля и хрома можно пассивировать в ванне с 20% (об./об.) азотной кислотой (рисунок 1). Как показано в таблице, менее стойкие нержавеющие стали можно пассивировать, добавляя дихромат натрия в ванну с азотной кислотой, чтобы сделать раствор более окислительным и способным образовывать пассивирующую пленку на поверхности металла. Другой вариант замены азотной кислоты хроматом натрия — увеличить концентрацию азотной кислоты до 50% по объему. Как добавление дихромата натрия, так и более высокая концентрация азотной кислоты снижают вероятность нежелательной вспышки.
Процедура пассивации для обрабатываемых нержавеющих сталей (также показана на рис. 1) несколько отличается от процедуры для необрабатываемых марок нержавеющей стали. Это связано с тем, что во время пассивации в ванне с азотной кислотой удаляются некоторые или все обрабатываемые серосодержащие сульфиды, создавая микроскопические неоднородности на поверхности заготовки.
Даже обычно эффективная промывка водой может оставить остаточную кислоту в этих разрывах после пассивации. Эта кислота будет воздействовать на поверхность детали, если ее не нейтрализовать или не удалить.
Для эффективной пассивации нержавеющей стали, которую легко обрабатывать, компания Carpenter разработала процесс AAA (щелочно-кислотно-щелочной), который нейтрализует остаточную кислоту. Этот метод пассивации можно выполнить менее чем за 2 часа. Вот пошаговый процесс:
После обезжиривания замочите детали в 5% растворе гидроксида натрия при температуре от 160°F до 180°F (от 71°C до 82°C) на 30 минут. Затем тщательно промойте детали в воде. Затем погрузите деталь на 30 минут в 20% (об./об.) раствор азотной кислоты, содержащий 3 унции/галлон (22 г/л) дихромата натрия при температуре от 120°F до 140°F (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, которые хотят избежать использования минеральных кислот или растворов, содержащих дихромат натрия, а также проблем утилизации и повышенных опасений по поводу безопасности, связанных с их использованием. Лимонная кислота считается экологически чистой во всех отношениях.
Хотя пассивация лимонной кислотой предлагает привлекательные экологические преимущества, магазины, которые добились успеха с пассивацией неорганической кислотой и не имеют проблем с безопасностью, могут захотеть остаться на этом пути. Если у этих пользователей чистый магазин, оборудование в хорошем состоянии и чистое, охлаждающая жидкость не содержит заводских железных отложений, а процесс дает хорошие результаты, то, возможно, нет реальной необходимости в изменениях.
Пассивация в ванне с лимонной кислотой оказалась полезной для широкого спектра нержавеющих сталей, включая несколько отдельных марок нержавеющей стали, как показано на рисунке 2. Для удобства на рисунке 2.1 представлен традиционный метод пассивации азотной кислотой. Обратите внимание, что старые формулы азотной кислоты выражены в процентах по объему, в то время как новые концентрации лимонной кислоты выражены в процентах по массе. Важно отметить, что при выполнении этих процедур тщательный баланс времени выдержки, температуры ванны и концентрации имеет решающее значение, чтобы избежать «вспышки», описанной выше.
Пассивация варьируется в зависимости от содержания хрома и характеристик обработки каждого сорта. Обратите внимание на столбцы для Процесса 1 или Процесса 2. Как показано на рисунке 3, Процесс 1 имеет меньше шагов, чем Процесс 2.
Лабораторные испытания показали, что процесс пассивации лимонной кислотой более склонен к «кипению», чем процесс азотной кислоты. Факторы, способствующие этой атаке, включают слишком высокую температуру ванны, слишком длительное время выдержки и загрязнение ванны. Продукты на основе лимонной кислоты, содержащие ингибиторы коррозии и другие добавки, такие как смачивающие агенты, имеются в продаже и, как сообщается, снижают восприимчивость к «вспышечной коррозии».
Окончательный выбор метода пассивации будет зависеть от критериев приемки, установленных заказчиком. Подробности см. в ASTM A967. Доступ к нему можно получить на сайте www.astm.org.
Часто проводятся испытания для оценки поверхности пассивированных деталей. Вопрос, на который необходимо ответить: «Удаляет ли пассивация свободное железо и оптимизирует ли коррозионную стойкость сплавов для автоматической резки?»
Важно, чтобы метод тестирования соответствовал оцениваемому классу. Слишком строгие тесты не пропустят абсолютно хорошие материалы, а слишком слабые тесты пропустят неудовлетворительные детали.
PH и легкообрабатываемые нержавеющие стали серии 400 лучше всего оценивать в камере, способной поддерживать 100% влажность (образец влажный) в течение 24 часов при температуре 95°F (35°C). Поперечное сечение часто является наиболее критической поверхностью, особенно для марок, поддающихся свободной резке. Одной из причин этого является то, что сульфид тянется в направлении машины по этой поверхности.
Критические поверхности должны быть расположены вверху, но под углом 15-20 градусов от вертикали, чтобы обеспечить потерю влаги. Правильно пассивированный материал вряд ли будет ржаветь, хотя на нем могут появиться небольшие пятна.
Аустенитные марки нержавеющей стали также могут быть оценены путем испытания на влажность. В этом испытании на поверхности образца должны присутствовать капли воды, что указывает на наличие свободного железа по наличию ржавчины.
Процедуры пассивации для часто используемых автоматических и ручных нержавеющих сталей в растворах лимонной или азотной кислоты требуют различных процессов. На рис. 3 ниже приведены подробности по выбору процесса.
(a) Отрегулируйте pH с помощью гидроксида натрия. (b) См. рис. 3(c) Na2Cr2O7 — это 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 — использовать ASTM A380, Стандартную практику очистки, удаления окалины и пассивации деталей, оборудования и систем из нержавеющей стали. Тест включает протирание детали раствором сульфата меди/серной кислоты, поддержание ее влажной в течение 6 минут и наблюдение за медным покрытием. В качестве альтернативы деталь можно погрузить в раствор на 6 минут. Если железо растворяется, происходит медное покрытие. Этот тест не применим к поверхностям деталей, используемых в пищевой промышленности. Кроме того, его не следует использовать на мартенситных сталях серии 400 или ферритных сталях с низким содержанием хрома, поскольку могут возникнуть ложноположительные результаты.
Исторически для оценки пассивированных образцов также использовался тест на 5%-ный солевой туман при 95°F (35°C). Этот тест слишком строг для некоторых сортов и, как правило, не требуется для подтверждения эффективности пассивации.
Избегайте использования избыточного количества хлоридов, которое может вызвать опасные вспышки. Используйте только высококачественную воду с содержанием хлорида менее 50 частей на миллион (ppm), когда это возможно. Обычно достаточно водопроводной воды, а в некоторых случаях она может выдерживать до нескольких сотен частей на миллион хлоридов.
Важно регулярно заменять ванну, чтобы не потерять потенциал пассивации, что может привести к ударам молнии и повреждению деталей. Ванна должна поддерживаться при надлежащей температуре, так как неконтролируемые температуры могут вызвать локальную коррозию.
Важно следовать очень конкретному графику замены раствора во время крупных производственных циклов, чтобы свести к минимуму возможность загрязнения. Для проверки эффективности ванны использовался контрольный образец. Если образец подвергся атаке, пришло время заменить ванну.
Обратите внимание, что некоторые станки производят только нержавеющую сталь; используйте ту же предпочтительную охлаждающую жидкость для резки нержавеющей стали, исключив все другие металлы.
Детали стойки DO обрабатываются отдельно, чтобы избежать контакта металла с металлом. Это особенно важно для свободной обработки нержавеющей стали, поскольку для рассеивания продуктов сульфидной коррозии и предотвращения образования кислотных карманов требуются легкотекучие пассивирующие и промывочные растворы.
Не пассивируйте науглероженные или азотированные детали из нержавеющей стали. Коррозионная стойкость обработанных таким образом деталей может снизиться до такой степени, что они могут быть повреждены в пассивационной ванне.
Не используйте инструменты из черных металлов в условиях мастерской, которые не отличаются особой чистотой. Стальной стружки можно избежать, используя твердосплавные или керамические инструменты.
Имейте в виду, что в ванне пассивации может возникнуть коррозия, если деталь не была должным образом термически обработана. Мартенситные марки с высоким содержанием углерода и хрома должны быть закалены для обеспечения коррозионной стойкости.
Пассивацию обычно проводят после последующего отпуска при температурах, обеспечивающих сохранение коррозионной стойкости.
Не пренебрегайте концентрацией азотной кислоты в пассивационной ванне. Периодические проверки следует проводить с помощью простой процедуры титрования, предложенной Карпентером. Не пассивируйте более одной нержавеющей стали за раз. Это предотвращает дорогостоящую путаницу и предотвращает гальванические реакции.
Об авторах: Терри А. ДеБолд — специалист по исследованиям и разработкам в области сплавов нержавеющей стали, а Джеймс У. Мартин — специалист по металлургии прутков в Carpenter Technology Corp.(Рединг, Пенсильвания).
Сколько это стоит? Сколько места мне нужно? С какими экологическими проблемами мне придется столкнуться? Насколько крута кривая обучения? Что такое анодирование? Ниже приведены ответы на первоначальные вопросы мастеров об анодировании интерьера.
Получение стабильных, высококачественных результатов от процесса бесцентрового шлифования требует базового понимания. Большинство проблем применения, связанных с бесцентровым шлифованием, возникают из-за отсутствия понимания основ. В этой статье объясняется, почему работает этот бессмысленный процесс и как использовать его наиболее эффективно в вашей мастерской.