Zagotovili ste, da so deli obdelani po specifikacijah. Zdaj pa se prepričajte, da ste sprejeli ukrepe za zaščito teh delov v pogojih, ki jih pričakujejo vaše stranke. #basic
Pasivacija ostaja ključni korak pri maksimiranju osnovne korozijske odpornosti nerjavnih strojno obdelanih delov in sklopov. Lahko pomeni razliko med zadovoljivim delovanjem in prezgodnjo odpovedjo. Nepravilno izvedena pasivacija lahko dejansko povzroči korozijo.
Pasivizacija je metoda po izdelavi, ki maksimizira inherentno korozijsko odpornost zlitin nerjavečega jekla, iz katerih je izdelan obdelovanec. Ne gre za odstranjevanje vodnega kamna niti za nanašanje barve.
Ni splošnega soglasja o natančnem mehanizmu delovanja pasivizacije. Vendar je gotovo, da je na površini pasiviranega nerjavečega jekla zaščitni oksidni film. Ta nevidni film naj bi bil izjemno tanek, debel manj kot 0,0000001 palca, kar je približno 1/100.000 debeline človeškega lasu!
Čist, na novo obdelan, poliran ali dekapiran del iz nerjavečega jekla bo zaradi izpostavljenosti atmosferskemu kisiku samodejno pridobil ta oksidni film. V idealnih pogojih ta zaščitna oksidna plast popolnoma prekrije vse površine dela.
V praksi pa se lahko onesnaževalci, kot so umazanija iz delavnice ali železni delci iz rezalnih orodij, med obdelavo prenesejo na površino delov iz nerjavečega jekla. Če se ti tujki ne odstranijo, lahko zmanjšajo učinkovitost originalne zaščitne folije.
Med obdelavo lahko sledi prostega železa obrabijo orodje in se prenesejo na površino obdelovanca iz nerjavečega jekla. V nekaterih primerih se lahko na delu pojavi tanka plast rje. To je pravzaprav korozija jekla zaradi orodja, ne osnovne kovine. Občasno lahko razpoke vgrajenih jeklenih delcev iz rezalnih orodij ali njihovih korozijskih produktov povzročijo erozijo samega dela.
Prav tako se lahko majhni delci umazanije iz železne delavnice oprimejo površine dela. Čeprav je kovina v strojno obdelanem stanju lahko videti sijoča, lahko po izpostavljenosti zraku nevidni delci prostega železa povzročijo rjavenje površine.
Problem so lahko tudi izpostavljeni sulfidi. Nastanejo zaradi dodajanja žvepla nerjavnemu jeklu za izboljšanje obdelovalnosti. Sulfidi povečajo sposobnost zlitine, da med obdelavo tvori ostružke, ki jih je mogoče popolnoma odluščiti z rezalnega orodja. Če deli niso pravilno pasivizirani, lahko sulfidi postanejo izhodišče za površinsko korozijo na izdelanih izdelkih.
V obeh primerih je pasivacija potrebna za povečanje naravne korozijske odpornosti nerjavečega jekla. Odstranjuje površinske onesnaževalce, kot so delci umazanije iz železnih del in delci železa v rezalnih orodjih, ki lahko tvorijo rjo ali postanejo izhodišče za korozijo. Pasivacija odstranjuje tudi sulfide, ki so izpostavljeni na površini zlitin nerjavečega jekla, ki se enostavno obdelujejo.
Najboljšo odpornost proti koroziji zagotavlja dvostopenjski postopek: 1. Čiščenje, osnovni, a včasih spregledan postopek; 2. Kisla kopel ali pasivizacija.
Čiščenje mora biti vedno prednostna naloga. Površine morajo biti temeljito očiščene masti, hladilne tekočine ali drugih ostankov iz delavnice za optimalno odpornost proti koroziji. Ostanke iz strojne obdelave ali drugo umazanijo iz delavnice je mogoče skrbno obrisati z dela. Za odstranjevanje procesnih olj ali hladilnih tekočin se lahko uporabijo komercialni razmaščevalci ali čistila. Tujke, kot so termični oksidi, je morda treba odstraniti z metodami, kot sta brušenje ali dekapiranje.
Včasih lahko upravljavec stroja preskoči osnovno čiščenje, saj zmotno misli, da se bosta čiščenje in pasivizacija zgodila hkrati, če se mastni del preprosto potopi v kislo kopel. To se ne bo zgodilo. Nasprotno pa onesnažena mast reagira s kislino in tvori zračne mehurčke. Ti mehurčki se zbirajo na površini obdelovanca in motijo ​​pasivizacijo.
Še huje, kontaminacija pasivizacijskih raztopin, ki včasih vsebujejo visoke koncentracije kloridov, lahko povzroči "bliskanje". Za razliko od pridobitve želenega oksidnega filma s sijajno, čisto in proti koroziji odporno površino lahko bliskovno jedkanje povzroči močno jedkano ali potemnjeno površino – poškodbo površine, ki jo pasivizacija optimizira.
Deli iz martenzitnega nerjavnega jekla [magnetnega, zmerno odpornega proti koroziji, meja tečenja do približno 280 ksi (1930 MPa)] se kalijo pri povišanih temperaturah in nato popuščajo, da se zagotovi želena trdota in mehanske lastnosti. Zlitine, ki se kalijo z izločanjem in imajo boljšo trdnost in odpornost proti koroziji kot martenzitne zlitine, se lahko obdelajo z raztopino, delno strojno obdelajo, starajo pri nižjih temperaturah in nato dokončajo.
V tem primeru je treba del pred toplotno obdelavo temeljito očistiti z razmaščevalcem ali čistilom, da se odstranijo morebitne sledi rezalne tekočine. V nasprotnem primeru lahko rezalna tekočina, ki ostane na delu, povzroči prekomerno oksidacijo. Zaradi tega stanja se lahko premajhni deli po odstranitvi škaje s kislinskimi ali abrazivnimi metodami udrtijo. Če rezalna tekočina ostane na svetlo utrjenih delih, na primer v vakuumski peči ali zaščitni atmosferi, lahko pride do površinske naogljičenja, kar povzroči izgubo odpornosti proti koroziji.
Po temeljitem čiščenju lahko dele iz nerjavečega jekla potopimo v pasivizacijsko kislinsko kopel. Uporabimo lahko katero koli od treh metod – pasivacijo z dušikovo kislino, pasivacijo z dušikovo kislino in natrijevim dikromatom in pasivacijo s citronsko kislino. Katera metoda je potrebna, je odvisna od vrste nerjavečega jekla in določenih meril sprejemljivosti.
Krom-nikljeve vrste, ki so bolj odporne proti koroziji, je mogoče pasivirati v 20-odstotni (v/v) kopeli z dušikovo kislino (slika 1). Kot je prikazano v tabeli, je mogoče manj odporno nerjavno jeklo pasivirati z dodajanjem natrijevega dikromata v kopel z dušikovo kislino, zaradi česar je raztopina bolj oksidativna in sposobna tvoriti pasivni film na kovinski površini. Druga možnost za zamenjavo dušikove kisline z natrijevim kromatom je povečanje koncentracije dušikove kisline na 50 vol. %. Tako dodatek natrijevega dikromata kot višja koncentracija dušikove kisline zmanjšata možnost neželenega bliska.
Postopek pasivizacije nerjavnih jekel, ki se obdelujejo prosto (prikazan tudi na sliki 1), se nekoliko razlikuje od postopka za nerjavna jekla, ki se ne obdelujejo prosto. To je zato, ker se med pasivizacijo v tipični kopeli z dušikovo kislino odstranijo nekateri ali vsi sulfidi, ki vsebujejo žveplo, kar povzroči mikroskopske diskontinuitete na površini obdelanega dela.
Tudi na splošno učinkovito izpiranje z vodo lahko po pasivizaciji pusti ostanke kisline v teh diskontinuitetah. Ta kislina bo nato napadla površino dela, če je ne nevtraliziramo ali odstranimo.
Za učinkovito pasivizacijo lahko obdelovalnega nerjavnega jekla je Carpenter razvil postopek AAA (alkalno-kislinsko-alkalno), ki nevtralizira preostalo kislino. Ta metoda pasivizacije se lahko zaključi v manj kot 2 urah. Tukaj je postopek po korakih:
Po razmaščevanju dele za 30 minut namakajte v 5 % raztopini natrijevega hidroksida pri temperaturi od 71 °C do 82 °C (160 °F do 180 °F). Nato dele temeljito sperite z vodo. Nato del za 30 minut potopite v 20 % (v/v) raztopino dušikove kisline, ki vsebuje 22 g/l natrijevega dikromata (120 °F do 140 °F do 49 °C do 60 °C). Ko del odstranite iz kopeli, ga sperite z vodo in nato za nadaljnjih 30 minut potopite v raztopino natrijevega hidroksida. Del ponovno sperite z vodo in ga posušite, s čimer zaključimo metodo AAA.
Pasivacija s citronsko kislino je vse bolj priljubljena med proizvajalci, ki se želijo izogniti uporabi mineralnih kislin ali raztopin, ki vsebujejo natrijev dikromat, pa tudi težavam z odstranjevanjem in večjim varnostnim pomislekom, povezanim z njihovo uporabo. Citronska kislina velja za okolju prijazno v vseh pogledih.
Čeprav pasivacija s citronsko kislino ponuja privlačne okoljske prednosti, bodo delavnice, ki so bile uspešne s pasivizacijo z anorgansko kislino in nimajo varnostnih pomislekov, morda želele vztrajati pri tej poti. Če imajo ti uporabniki čisto delavnico, dobro vzdrževano in čisto opremo, hladilno tekočino brez umazanije iz železnih delov in postopek, ki daje dobre rezultate, morda ne bo resnične potrebe po spremembah.
Pasivacija v kopeli s citronsko kislino se je izkazala za uporabno za široko paleto nerjavnih jekel, vključno z več posameznimi vrstami nerjavnega jekla, kot je prikazano na sliki 2. Zaradi lažje uporabe je na sliki 1 vključena tradicionalna metoda pasivizacije z dušikovo kislino. Upoštevajte, da so starejše formulacije dušikove kisline izražene v volumskih odstotkih, novejše koncentracije citronske kisline pa v masnih odstotkih. Pomembno je omeniti, da je pri izvajanju teh postopkov ključnega pomena skrbno uravnoteženje časa namakanja, temperature kopeli in koncentracije, da se prepreči prej opisano "utripanje".
Pasivizacijske obdelave se razlikujejo glede na vsebnost kroma in obdelovalne značilnosti posamezne stopnje. Upoštevajte stolpce, ki se nanašajo na postopek 1 ali postopek 2. Kot je prikazano na sliki 3, postopek 1 vključuje manj korakov kot postopek 2.
Laboratorijski testi so pokazali, da je postopek pasivizacije s citronsko kislino bolj nagnjen k "bliskovitemu" korozijskemu oksidu kot postopek z dušikovo kislino. Med dejavniki, ki prispevajo k temu napadu, so previsoka temperatura kopeli, predolg čas namakanja in kontaminacija kopeli. Izdelki s citronsko kislino, ki vsebujejo inhibitorje korozije in druge dodatke, kot so omočilna sredstva, so komercialno dostopni in naj bi zmanjšali dovzetnost za "bliskovito korozijo".
Končna izbira metode pasivizacije bo odvisna od meril sprejemljivosti, ki jih določi stranka. Za podrobnosti glejte ASTM A967. Dostopen je na spletni strani www.astm.org.
Pogosto se izvajajo testi za oceno površine pasiviziranih delov. Vprašanje, na katerega je treba odgovoriti, je: "Ali pasivizacija odstrani prosto železo in optimizira korozijsko odpornost avtomatnih rezalnih vrst?"
Pomembno je, da se preskusna metoda ujema z ocenjevano oceno. Prestrogi testi ne bodo zadovoljili popolnoma dobrih materialov, preohlapni testi pa ne bodo zadovoljili nezadovoljivih delov.
Nerjavna jekla serije 400, utrjena s padavinami in obdelovalna nerjavna jekla, je najbolje oceniti v komori, ki lahko vzdržuje 100-odstotno vlažnost (moker vzorec) 24 ur pri 35 °C. Prečni prerez je pogosto najbolj kritična površina, zlasti pri obdelovalnih vrstah. Eden od razlogov za to je, da je sulfid podolgovat v smeri stroja in seka to površino.
Kritične površine je treba namestiti navzgor, vendar pod kotom od 15 do 20 stopinj od navpičnice, da se omogoči izguba vlage. Pravilno pasiviran material skoraj ne bo rjavel, čeprav se lahko na njem pojavijo rahle madeži.
Avstenitne vrste nerjavnega jekla je mogoče oceniti tudi s preskusom vlažnosti. Pri tem preskusu morajo biti na površini vzorca prisotne kapljice vode, kar kaže na prosto železo zaradi prisotnosti rje.
Postopki pasivizacije pogosto uporabljenih nerjavnih jekel za avtomatno in neavtomatno rezanje v raztopinah citronske ali dušikove kisline zahtevajo različne postopke. Slika 3 spodaj prikazuje podrobnosti o izbiri postopka.
(a) Uravnajte pH z natrijevim hidroksidom. (b) Glej sliko 3. (c) Na2Cr2O7 predstavlja 22 g/l natrijevega dikromata v 20 % dušikovi kislini. Alternativa tej mešanici je 50 % dušikova kislina brez natrijevega dikromata.
Hitrejša metoda je uporaba raztopine iz standarda ASTM A380, »Standardna praksa za čiščenje, odstranjevanje vodnega kamna in pasivizacijo delov, opreme in sistemov iz nerjavečega jekla«. Preskus je sestavljen iz brisanja dela z raztopino bakrovega sulfata/žveplove kisline, 6 minut mokrega in opazovanja morebitne prevleke iz bakra. Druga možnost je, da del za 6 minut potopimo v raztopino. Če se železo raztopi, pride do prevleke iz bakra. Ta preskus se ne uporablja za površine delov za predelavo hrane. Prav tako se ne sme uporabljati za martenzitna jekla serije 400 ali feritna jekla z nizko vsebnostjo kroma, saj se lahko pojavijo lažno pozitivni rezultati.
V preteklosti se je za ocenjevanje pasiviziranih vzorcev uporabljal tudi test s 5-odstotno solno meglico pri 35 °C (95 °F). Ta test je za nekatere razrede prestrog in na splošno ni potreben za potrditev učinkovitosti pasivizacije.
Izogibajte se uporabi prekomernih kloridov, ki lahko povzročijo škodljive bliskovite napade. Če je mogoče, uporabljajte le visokokakovostno vodo z manj kot 50 delcev na milijon (ppm) klorida. Voda iz pipe je običajno zadostna in v nekaterih primerih lahko prenese do nekaj sto ppm klorida.
Pomembno je redno menjati kad, da se ne izgubi pasivacijski potencial, kar lahko povzroči udar strele in poškodbe delov. Kad je treba vzdrževati na ustrezni temperaturi, saj lahko prekomerno visoke temperature povzročijo lokalno korozijo.
Pomembno je, da se med visoko proizvodnjo vzdržuje zelo natančen urnik menjave raztopin, da se čim bolj zmanjša možnost kontaminacije. Za preverjanje učinkovitosti kopeli je bil uporabljen kontrolni vzorec. Če je vzorec poškodovan, je čas za zamenjavo kopeli.
Prosimo, navedite, da nekateri stroji izdelujejo samo nerjaveče jeklo; za rezanje nerjavečega jekla uporabite isto prednostno hladilno tekočino, izključujoč vse druge kovine.
Deli DO regalov se obdelujejo ločeno, da se prepreči stik kovine s kovino. To je še posebej pomembno za prosto obdelavo nerjavečega jekla, saj so za difuzijo produktov sulfidne korozije in preprečevanje nastanka kislinskih žepov potrebne prosto tekoče raztopine za pasivacijo in izpiranje.
Ne pasivizirajte cementiranih ali nitriranih delov iz nerjavečega jekla. Odpornost tako obdelanih delov proti koroziji se lahko zmanjša do te mere, da bi bili v pasivizacijski kopeli napadeni.
Ne uporabljajte železnega orodja v delavnici, ki ni posebej čista. Jeklenim zrncem se lahko izognete z uporabo karbidnega ali keramičnega orodja.
Ne pozabite, da lahko v pasivacijski kopeli pride do korozije, če del ni pravilno toplotno obdelan. Martenzitne vrste z visoko vsebnostjo ogljika in kroma morajo biti utrjene za odpornost proti koroziji.
Pasivacija se običajno izvede po nadaljnjem popuščanju pri temperaturah, ki ohranjajo odpornost proti koroziji.
Ne prezrite koncentracije dušikove kisline v pasivizacijski kopeli. Redne preglede je treba izvajati z uporabo preprostega postopka titracije, ki ga je določil Carpenter. Ne pasivizirajte več kot enega nerjavečega jekla hkrati. To preprečuje drago zmedo in galvanske reakcije.
O avtorjih: Terry A. DeBold je specialist za raziskave in razvoj zlitin nerjavečega jekla, James W. Martin pa je metalurg palic pri podjetju Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
V svetu vse strožjih specifikacij glede površinske obdelave so preproste meritve "hrapavosti" še vedno uporabne. Oglejmo si, zakaj so meritve površine pomembne in kako jih je mogoče preveriti v delavnici s sofisticiranimi prenosnimi merilniki.
Ste prepričani, da imate najboljšo ploščico za to struženje? Preverite odrezek, še posebej, če ga pustite brez nadzora. Značilnosti odrezka vam lahko veliko povedo.