Du har säkerställt att delarna är bearbetade enligt specifikationerna. Se nu till att du har vidtagit åtgärder för att skydda dessa delar under de förhållanden som dina kunder förväntar sig. #grundläggande
Passivering är fortfarande ett avgörande steg för att maximera den grundläggande korrosionsbeständigheten hos rostfria bearbetade delar och enheter. Det kan vara skillnaden mellan tillfredsställande prestanda och för tidigt haveri. Felaktigt utförd kan passivering faktiskt orsaka korrosion.
Passivering är en efterbearbetningsmetod som maximerar den inneboende korrosionsbeständigheten hos de rostfria stållegeringar som arbetsstycket tillverkas i. Det är inte en avkalkningsbehandling, inte heller en färgbeläggning.
Det finns ingen allmän enighet om den exakta mekanismen för hur passivering fungerar. Men det är säkert att det finns en skyddande oxidfilm på ytan av passiverat rostfritt stål. Denna osynliga film tros vara extremt tunn, mindre än 0,0000001 tum tjock, ungefär 1/100 000-del av tjockleken på ett mänskligt hårstrå!
En ren, nybearbetad, polerad eller betad rostfri ståldel kommer automatiskt att få denna oxidfilm på grund av sin exponering för atmosfäriskt syre. Under ideala förhållanden täcker detta skyddande oxidlager alla ytor på delen.
I praktiken kan dock föroreningar som verkstadssmuts eller järnpartiklar från skärverktyg överföras till ytan av rostfria ståldelar under bearbetning. Om dessa främmande föremål inte tas bort kan de minska den ursprungliga skyddsfilmens effektivitet.
Under bearbetning kan spår av fritt järn slitas av verktyget och överföras till ytan av arbetsstycket i rostfritt stål. I vissa fall kan ett tunt lager av rost uppstå på detaljen. Detta är i själva verket korrosion av stålet från verktyget, inte av basmetallen. Ibland kan sprickor i inbäddade stålpartiklar från skärverktyg eller deras korrosionsprodukter orsaka erosion av själva detaljen.
Likaså kan små partiklar av järnhaltig smuts från verkstaden fastna på detaljens yta. Även om metall kan se blank ut i bearbetat tillstånd, kan osynliga partiklar av fritt järn orsaka ytrost efter exponering för luft.
Exponerade sulfider kan också vara ett problem. De uppstår genom att svavel tillsätts till rostfritt stål för att förbättra bearbetbarheten. Sulfider ökar legeringens förmåga att bilda flisor under bearbetning, vilka helt kan lossna från skärverktyget. Om inte delar passiveras ordentligt kan sulfider bli en utgångspunkt för ytkorrosion på tillverkade produkter.
I båda fallen krävs passivering för att maximera det rostfria stålets naturliga korrosionsbeständighet. Det avlägsnar ytföroreningar, såsom smutspartiklar från järn och järnpartiklar i skärverktyg, som kan bilda rost eller bli en utgångspunkt för korrosion. Passivering avlägsnar även sulfider som exponeras på ytan av automatbearbetningslegeringar i rostfritt stål.
En tvåstegsprocedur ger bästa korrosionsbeständighet: 1. Rengöring, en grundläggande men ibland förbisedd procedur; 2. Syrabad eller passiveringsbehandling.
Rengöring bör alltid prioriteras. Ytor måste rengöras noggrant från fett, kylvätska eller annat verkstadsskräp för optimal korrosionsbeständighet. Maskinbearbetningsskräp eller annan verkstadssmuts kan försiktigt torkas bort från detaljen. Kommersiella avfettningsmedel eller rengöringsmedel kan användas för att avlägsna processoljor eller kylvätskor. Främmande ämnen som termiska oxider kan behöva avlägsnas med metoder som slipning eller betning.
Ibland kan en maskinoperatör hoppa över grundläggande rengöring och felaktigt tro att rengöring och passivering sker samtidigt genom att helt enkelt doppa en fettbemängd del i ett syrabad. Det kommer inte att hända. Omvänt reagerar förorenat fett med syra och bildar luftbubblor. Dessa bubblor samlas på arbetsstyckets yta och stör passiveringen.
För att göra saken värre kan kontaminering av passiveringslösningar, som ibland innehåller höga koncentrationer av klorider, orsaka "flashing". Till skillnad från att erhålla den önskade oxidfilmen med en blank, ren och korrosionsbeständig yta kan flashetsning resultera i en kraftigt etsad eller mörkare yta – en ytförsämring som passivering är utformad för att optimera.
Delar tillverkade av martensitiskt rostfritt stål [magnetiskt, måttligt korrosionsbeständigt, sträckgräns upp till cirka 280 ksi (1930 MPa)] härdas vid förhöjda temperaturer och anlöpes sedan för att säkerställa önskad hårdhet och mekaniska egenskaper. Utskiljningshärdbara legeringar, som har bättre hållfasthet och korrosionsbeständighet än martensitiskt legeringar, kan lösningsbehandlas, delvis bearbetas, åldras vid lägre temperaturer och sedan ytbehandlas.
I detta fall måste delen rengöras noggrant med avfettningsmedel eller rengöringsmedel för att avlägsna eventuella spår av skärvätska före värmebehandling. Annars kan kvarvarande skärvätska på delen orsaka överdriven oxidation. Detta tillstånd kan orsaka att underdimensionerade delar bucklas efter att glödskal har avlägsnats med syra- eller slipmedelsmetoder. Om skärvätska får finnas kvar på blanka, härdade delar, till exempel i en vakuumugn eller skyddande atmosfär, kan ytkarburisering uppstå, vilket resulterar i förlust av korrosionsbeständighet.
Efter noggrann rengöring kan de rostfria delarna doppas i ett passiverande syrabad. Tre olika metoder kan användas – salpetersyrapassivering, salpetersyrapassivering med natriumdikromat och citronsyrapassivering. Vilken metod som ska användas beror på rostfritt ståls kvalitet och de angivna acceptanskriterierna.
Mer korrosionsbeständiga krom-nickelkvaliteter kan passiveras i ett 20 % (v/v) salpetersyrabad (Figur 1). Som visas i tabellen kan mindre resistent rostfritt stål passiveras genom att tillsätta natriumdikromat till ett salpetersyrabad, vilket gör lösningen mer oxiderande och kapabel att bilda en passiv film på metallytan. Ett annat alternativ för att ersätta salpetersyra med natriumkromat är att öka koncentrationen av salpetersyra till 50 volymprocent. Både tillsatsen av natriumdikromat och den högre koncentrationen av salpetersyra minskar risken för oönskad flamning.
Proceduren för passivering av fribearbetade rostfria stål (visas även i figur 1) skiljer sig något från den för icke-fribearbetade rostfria stålsorter. Detta beror på att under passivering i ett typiskt salpetersyrabad avlägsnas en del av eller alla svavelhaltiga bearbetbara sulfider, vilket skapar mikroskopiska diskontinuiteter i ytan på den bearbetade delen.
Även en generellt effektiv vattensköljning kan lämna kvar kvarvarande syra i dessa diskontinuiteter efter passivering. Denna syra kommer sedan att angripa delens yta om den inte neutraliseras eller avlägsnas.
För att effektivt passivera lättbearbetat rostfritt stål har Carpenter utvecklat AAA-processen (Alkali-Acid-Alkali), som neutraliserar kvarvarande syra. Denna passiveringsmetod kan slutföras på mindre än 2 timmar. Här är steg-för-steg-processen:
Efter avfettning, blötlägg delarna i en 5 % natriumhydroxidlösning vid 71 °C till 82 °C i 30 minuter. Skölj sedan delarna noggrant i vatten. Sänk sedan ner delen i 30 minuter i en 20 % (v/v) salpetersyralösning innehållande 22 g/l natriumdikromat vid 49 °C till 60 °C. Efter att delen tagits ur badet, skölj den med vatten och sänk sedan ner den i natriumhydroxidlösningen i ytterligare 30 minuter. Skölj delen igen med vatten och torka, enligt AAA-metoden.
Passivering av citronsyra blir alltmer populärt bland tillverkare som vill undvika användningen av mineralsyror eller lösningar som innehåller natriumdikromat, såväl som de problem med avfallshantering och större säkerhetsproblem som är förknippade med deras användning. Citronsyra anses vara miljövänlig på alla sätt.
Även om citronsyrapassivering erbjuder attraktiva miljöfördelar, kan verkstäder som har haft framgång med oorganisk syrapassivering och inte har några säkerhetsproblem vilja fortsätta med den. Om dessa användare har en ren verkstad, väl underhållen och ren utrustning, kylvätska fri från järnhaltiga verkstadsföroreningar och en process som ger bra resultat, kanske det inte finns något egentligt behov av förändringar.
Passivering i ett citronsyrabad har visat sig vara användbart för ett stort antal rostfria ståltyper, inklusive flera individuella rostfria stålkvaliteter, såsom visas i figur 2. För enkelhetens skull inkluderas den traditionella salpetersyrapassiveringsmetoden i figur 1. Observera att äldre salpetersyraformuleringar uttrycks i volymprocent, medan nyare citronsyrakoncentrationer uttrycks i viktprocent. Det är viktigt att notera att vid implementering av dessa procedurer är noggrann balansering av blötläggningstid, badtemperatur och koncentration avgörande för att undvika den "flashing" som beskrivits tidigare.
Passiveringsbehandlingar varierar beroende på krominnehållet och bearbetningsegenskaperna för varje sort. Observera kolumnerna som refererar till antingen Process 1 eller Process 2. Som visas i figur 3 innefattar Process 1 färre steg än Process 2.
Laboratorietester har visat att citronsyrapassiveringsprocessen är mer benägen att "flashkorrosion" än salpetersyraprocessen. Faktorer som bidrar till detta angrepp inkluderar för hög badtemperatur, för lång blötläggningstid och badkontaminering. Citronsyraprodukter som innehåller korrosionsinhibitorer och andra tillsatser såsom vätmedel finns kommersiellt tillgängliga och rapporteras minska känsligheten för "flashkorrosion".
Det slutliga valet av passiveringsmetod beror på de acceptanskriterier som kunden ställer. Se ASTM A967 för mer information. Den finns på www.astm.org.
Tester utförs ofta för att utvärdera ytan på passiverade delar. Frågan som ska besvaras är: "Avlägsnar passivering fritt järn och optimerar korrosionsbeständigheten hos automatbearbetningskvaliteter?"
Det är viktigt att testmetoden matchar det betyg som bedöms. För strikta tester kommer att underkänna helt otillräckliga material, medan tester som är för lösa kommer att godkänna otillfredsställande delar.
Utskiljningshärdning och fribearbetning av rostfria stål i 400-serien utvärderas bäst i ett skåp som kan bibehålla 100 % luftfuktighet (våta prover) i 24 timmar vid 35 °C. Tvärsnittet är ofta den mest kritiska ytan, särskilt för fribearbetningssorter. En anledning till detta är att sulfiden är förlängd i maskinriktningen och skär denna yta.
Kritiska ytor bör placeras uppåt, men i 15 till 20 graders vinkel från vertikalen för att möjliggöra fuktförlust. Korrekt passiverat material rostar knappast, även om det kan uppvisa viss missfärgning.
Austenitiska rostfria stålsorter kan också utvärderas genom fuktighetstestning. När detta testas bör vattendroppar finnas på provytan, vilket indikerar fritt järn genom förekomst av rost.
Procedurerna för passivering av vanligt förekommande automatbearbetningsbara och icke-automatbearbetningsbara rostfria stål i citronsyra- eller salpetersyralösningar kräver olika processer. Figur 3 nedan ger detaljer om processval.
(a) Justera pH med natriumhydroxid. (b) Se figur 3. (c) Na2Cr2O7 representerar 3 oz/gallon (22 g/l) natriumdikromat i 20 % salpetersyra. Ett alternativ till denna blandning är 50 % salpetersyra utan natriumdikromat.
En snabbare metod är att använda lösningen i ASTM A380, "Standardpraxis för rengöring, avkalkning och passivering av rostfria ståldelar, utrustning och system". Testet består av att torka av delen med en kopparsulfat/svavelsyralösning, hålla den våt i 6 minuter och observera för kopparplätering. Alternativt kan delen doppas i lösningen i 6 minuter. Om järnet löses upp sker kopparplätering. Detta test bör inte användas på ytorna av livsmedelsbearbetningsdelar. Det bör inte heller användas för martensitiska eller ferritiska stål med låg kromhalt i 400-serien eftersom falskt positiva resultat kan uppstå.
Historiskt sett har 5 % saltspraytest vid 35 °C också använts för att utvärdera passiverade prover. Detta test är för strängt för vissa kvaliteter och krävs i allmänhet inte för att bekräfta att passiveringen är effektiv.
Undvik att använda för mycket klorider, eftersom de kan orsaka skadliga blixtattacker. Använd om möjligt endast högkvalitativt vatten med mindre än 50 ppm klorid. Kranvatten är vanligtvis tillräckligt och tål upp till flera hundra ppm klorid i vissa fall.
Det är viktigt att byta ut badet regelbundet för att undvika förlust av passiveringspotential som kan leda till överslag och skadade delar. Badet bör hållas vid rätt temperatur, eftersom ojämna temperaturer kan orsaka lokal korrosion.
Det är viktigt att upprätthålla ett mycket specifikt schema för lösningsbyten under höga produktionstider för att minimera risken för kontaminering. Ett kontrollprov användes för att testa badets effektivitet. Om provet är angripet är det dags att byta ut badet.
Vänligen specificera att vissa maskiner endast tillverkar rostfritt stål; använd samma föredragna kylvätska för att skära rostfritt stål, exklusive alla andra metaller.
DO-ställdelar behandlas individuellt för att undvika kontakt metall mot metall. Detta är särskilt viktigt för fribearbetning av rostfritt stål, eftersom fritt flödande passiverings- och spolningslösningar krävs för att diffundera korrosionsprodukter i sulfider och undvika bildandet av syrafickor.
Passivera inte karburerade eller nitrerade delar av rostfritt stål. Korrosionsbeständigheten hos de delar som behandlats på detta sätt kan minskas till den grad att de skulle angripas i passiveringsbadet.
Använd inte järnhaltiga verktyg i en verkstadsmiljö som inte är särskilt ren. Stålsand kan undvikas genom att använda hårdmetall- eller keramiska verktyg.
Glöm inte att korrosion kan uppstå i passiveringsbadet om delen inte värmebehandlas korrekt. Högkolhaltiga och högkromhaltiga martensitiska stål måste härdas för korrosionsbeständighet.
Passivering utförs vanligtvis efter efterföljande anlöpning med temperaturer som bibehåller korrosionsbeständigheten.
Ignorera inte salpetersyrakoncentrationen i passiveringsbadet. Regelbundna kontroller bör göras med hjälp av den enkla titreringsproceduren som tillhandahålls av Carpenter. Passivera inte mer än ett rostfritt stål åt gången. Detta förhindrar kostsamma förvirringar och undviker galvaniska reaktioner.
Om författarna: Terry A. DeBold är specialist på forskning och utveckling av rostfria stållegeringar och James W. Martin är stångmetallurg på Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
I en värld med allt strängare specifikationer för ytfinish är enkla mätningar av "ojämnheter" fortfarande användbara. Låt oss ta en titt på varför ytmätning är viktig och hur det kan kontrolleras i verkstaden med sofistikerade bärbara mätinstrument.
Är du säker på att du har det bästa skäret för den här svarvoperationen? Kontrollera spånan, särskilt om den lämnas obevakad. Spånegenskaperna kan säga dig mycket.