Bạn đã đảm bảo rằng các bộ phận được gia công theo thông số kỹ thuật. Bây giờ, hãy đảm bảo rằng bạn đã thực hiện các bước để bảo vệ các bộ phận này trong điều kiện mà khách hàng mong đợi.#cơ bản
Thụ động hóa vẫn là bước quan trọng trong việc tối đa hóa khả năng chống ăn mòn cơ bản của các bộ phận và cụm gia công bằng thép không gỉ. Nó có thể tạo nên sự khác biệt giữa hiệu suất đạt yêu cầu và hỏng hóc sớm. Nếu thực hiện không đúng cách, thụ động hóa thực sự có thể gây ra sự ăn mòn.
Thụ động hóa là phương pháp chế tạo sau giúp tối đa hóa khả năng chống ăn mòn vốn có của hợp kim thép không gỉ tạo nên phôi. Đây không phải là phương pháp xử lý tẩy cặn, cũng không phải là lớp phủ sơn.
Không có sự đồng thuận chung về cơ chế chính xác về cách thức hoạt động của quá trình thụ động hóa. Nhưng chắc chắn rằng có một lớp màng oxit bảo vệ trên bề mặt thép không gỉ thụ động. Lớp màng vô hình này được cho là cực kỳ mỏng, dày chưa đến 0,0000001 inch, tức là khoảng 1/100.000 độ dày của một sợi tóc người!
Một bộ phận bằng thép không gỉ sạch, mới gia công, đánh bóng hoặc ngâm chua sẽ tự động có được lớp màng oxit này do tiếp xúc với oxy trong khí quyển. Trong điều kiện lý tưởng, lớp oxit bảo vệ này sẽ bao phủ hoàn toàn mọi bề mặt của bộ phận.
Tuy nhiên, trên thực tế, các chất gây ô nhiễm như bụi bẩn trong xưởng hoặc các hạt sắt từ dụng cụ cắt có thể bám vào bề mặt các bộ phận bằng thép không gỉ trong quá trình gia công. Nếu không được loại bỏ, những vật lạ này có thể làm giảm hiệu quả của lớp màng bảo vệ ban đầu.
Trong quá trình gia công, một lượng nhỏ sắt tự do có thể làm mòn dụng cụ và chuyển sang bề mặt của phôi thép không gỉ. Trong một số trường hợp, một lớp gỉ mỏng có thể xuất hiện trên bộ phận đó. Trên thực tế, đây là sự ăn mòn thép do dụng cụ gây ra, không phải do kim loại cơ bản. Đôi khi, các khe hở của các hạt thép nhúng từ dụng cụ cắt hoặc sản phẩm ăn mòn của chúng có thể gây ra sự xói mòn chính bộ phận đó.
Tương tự như vậy, các hạt nhỏ bụi bẩn từ xưởng gia công kim loại có thể bám vào bề mặt của chi tiết. Mặc dù kim loại có thể sáng bóng khi gia công, nhưng sau khi tiếp xúc với không khí, các hạt sắt tự do vô hình có thể gây rỉ sét bề mặt.
Sunfua lộ ra cũng có thể là một vấn đề. Chúng xuất phát từ việc thêm lưu huỳnh vào thép không gỉ để cải thiện khả năng gia công. Sunfua làm tăng khả năng tạo phoi của hợp kim trong quá trình gia công, có thể bị bong ra hoàn toàn khỏi dụng cụ cắt. Trừ khi các bộ phận được thụ động hóa đúng cách, sunfua có thể trở thành điểm khởi đầu cho quá trình ăn mòn bề mặt trên các sản phẩm được sản xuất.
Trong cả hai trường hợp, quá trình thụ động hóa là cần thiết để tối đa hóa khả năng chống ăn mòn tự nhiên của thép không gỉ. Quá trình này loại bỏ các chất gây ô nhiễm bề mặt, chẳng hạn như các hạt bụi bẩn trong xưởng sản xuất sắt và các hạt sắt trong các dụng cụ cắt, có thể hình thành rỉ sét hoặc trở thành điểm khởi đầu cho quá trình ăn mòn. Quá trình thụ động hóa cũng loại bỏ các sulfua tiếp xúc trên bề mặt của các hợp kim thép không gỉ dễ cắt.
Quy trình hai bước mang lại khả năng chống ăn mòn tốt nhất: 1. Làm sạch, một quy trình cơ bản nhưng đôi khi bị bỏ qua; 2. Xử lý bằng axit hoặc thụ động hóa.
Vệ sinh luôn là ưu tiên hàng đầu. Bề mặt phải được làm sạch hoàn toàn khỏi dầu mỡ, chất làm mát hoặc các mảnh vụn khác trong xưởng để có khả năng chống ăn mòn tối ưu. Có thể lau sạch các mảnh vụn gia công hoặc bụi bẩn khác trong xưởng khỏi bộ phận. Có thể sử dụng chất tẩy nhờn hoặc chất tẩy rửa thương mại để loại bỏ dầu quy trình hoặc chất làm mát. Có thể phải loại bỏ các vật chất lạ như oxit nhiệt bằng các phương pháp như mài hoặc tẩy.
Đôi khi, người vận hành máy có thể bỏ qua bước vệ sinh cơ bản, nhầm tưởng rằng việc vệ sinh và thụ động hóa sẽ diễn ra đồng thời bằng cách chỉ cần nhúng một bộ phận dính mỡ vào bồn axit. Điều đó sẽ không xảy ra. Ngược lại, mỡ bị nhiễm bẩn sẽ phản ứng với axit tạo thành bọt khí. Những bọt khí này tích tụ trên bề mặt phôi và cản trở quá trình thụ động hóa.
Tệ hơn nữa, sự nhiễm bẩn của dung dịch thụ động, đôi khi chứa nồng độ clorua cao, có thể gây ra hiện tượng “chớp sáng”. Không giống như việc tạo ra lớp oxit mong muốn với bề mặt bóng, sạch, chống ăn mòn, phương pháp khắc nhanh có thể dẫn đến bề mặt bị ăn mòn nhiều hoặc tối màu—tình trạng hư hỏng bề mặt mà phương pháp thụ động được thiết kế để tối ưu hóa.
Các bộ phận làm từ thép không gỉ martensitic [có từ tính, chống ăn mòn ở mức trung bình, giới hạn chảy lên đến khoảng 280 ksi (1930 MPa)] được làm cứng ở nhiệt độ cao rồi ram để đảm bảo độ cứng và tính chất cơ học mong muốn. Hợp kim có thể làm cứng bằng kết tủa, có độ bền và khả năng chống ăn mòn tốt hơn hợp kim martensitic, có thể được xử lý bằng dung dịch, gia công một phần, làm già ở nhiệt độ thấp hơn rồi hoàn thiện.
Trong trường hợp này, bộ phận phải được làm sạch hoàn toàn bằng chất tẩy dầu mỡ hoặc chất tẩy rửa để loại bỏ mọi dấu vết của chất lỏng cắt trước khi xử lý nhiệt. Nếu không, chất lỏng cắt còn lại trên bộ phận có thể gây ra quá trình oxy hóa quá mức. Tình trạng này có thể khiến các bộ phận có kích thước nhỏ hơn bị lõm sau khi lớp vảy đã được loại bỏ bằng phương pháp axit hoặc mài mòn. Nếu chất lỏng cắt vẫn còn trên các bộ phận đã tôi cứng sáng bóng, chẳng hạn như trong lò chân không hoặc môi trường bảo vệ, quá trình cacbon hóa bề mặt có thể xảy ra, dẫn đến mất khả năng chống ăn mòn.
Sau khi làm sạch kỹ lưỡng, các bộ phận bằng thép không gỉ có thể được ngâm trong bồn axit thụ động. Có thể sử dụng bất kỳ phương pháp nào trong ba phương pháp sau – thụ động bằng axit nitric, thụ động bằng axit nitric với natri dicromat và thụ động bằng axit citric. Phương pháp sử dụng tùy thuộc vào loại thép không gỉ và tiêu chí chấp nhận được chỉ định.
Các loại crom-niken chống ăn mòn tốt hơn có thể được thụ động hóa trong bể axit nitric 20% (v/v) (Hình 1). Như thể hiện trong bảng, thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn kém hơn có thể được thụ động hóa bằng cách thêm natri đicromat vào bể axit nitric, làm cho dung dịch có tính oxy hóa cao hơn và có thể tạo thành một lớp màng thụ động trên bề mặt kim loại. Một lựa chọn khác để thay thế axit nitric bằng natri cromat là tăng nồng độ axit nitric lên 50% theo thể tích. Việc thêm natri đicromat và nồng độ axit nitric cao hơn đều làm giảm khả năng xảy ra hiện tượng chớp cháy không mong muốn.
Quy trình thụ động hóa thép không gỉ gia công tự do (cũng được thể hiện trong Hình 1) có phần khác so với quy trình dành cho các loại thép không gỉ không gia công tự do. Điều này là do trong quá trình thụ động hóa trong bể axit nitric thông thường, một số hoặc toàn bộ các sulfua cấp độ gia công có chứa lưu huỳnh sẽ bị loại bỏ, tạo ra các điểm gián đoạn cực nhỏ trên bề mặt của bộ phận gia công.
Ngay cả việc rửa bằng nước có hiệu quả nói chung cũng có thể để lại axit dư trong những chỗ không liên tục này sau khi thụ động hóa. Axit này sau đó sẽ tấn công bề mặt của chi tiết trừ khi nó được trung hòa hoặc loại bỏ.
Để thụ động hóa hiệu quả thép không gỉ dễ gia công, Carpenter đã phát triển quy trình AAA (Kiềm-Axit-Kiềm) giúp trung hòa axit còn sót lại. Phương pháp thụ động hóa này có thể hoàn thành trong vòng chưa đầy 2 giờ. Sau đây là quy trình từng bước:
Sau khi tẩy dầu mỡ, ngâm các bộ phận trong dung dịch natri hydroxit 5% ở nhiệt độ 160°F đến 180°F (71°C đến 82°C) trong 30 phút. Sau đó rửa sạch các bộ phận trong nước. Tiếp theo, nhúng bộ phận trong dung dịch axit nitric 20% (v/v) có chứa 3 oz/gal (22 g/l) natri dicromat ở nhiệt độ 120°F đến 140°F (49°C đến 60°C). Sau khi lấy bộ phận ra khỏi bồn, rửa sạch bằng nước rồi nhúng vào dung dịch natri hydroxit trong 30 phút nữa. Rửa sạch lại bộ phận bằng nước và lau khô, hoàn tất phương pháp AAA.
Quá trình thụ động hóa axit citric ngày càng được các nhà sản xuất ưa chuộng vì họ muốn tránh sử dụng axit khoáng hoặc dung dịch có chứa natri dicromat, cũng như các vấn đề về xử lý và các mối lo ngại lớn hơn về an toàn liên quan đến việc sử dụng chúng. Axit citric được coi là thân thiện với môi trường theo mọi cách.
Trong khi quá trình thụ động hóa bằng axit citric mang lại những lợi ích hấp dẫn cho môi trường, các cửa hàng đã thành công với quá trình thụ động hóa bằng axit vô cơ và không có lo ngại về an toàn có thể muốn tiếp tục. Nếu những người dùng này có một cửa hàng sạch sẽ, thiết bị được bảo dưỡng tốt và sạch sẽ, chất làm mát không có cặn sắt bám trong cửa hàng và một quy trình mang lại kết quả tốt, thì có thể không thực sự cần phải thay đổi.
Quá trình thụ động hóa trong bồn axit citric được phát hiện là hữu ích đối với nhiều loại thép không gỉ, bao gồm một số loại thép không gỉ riêng lẻ, như thể hiện trong Hình 2. Để thuận tiện, phương pháp thụ động hóa axit nitric truyền thống trong Hình 1 được đưa vào. Lưu ý rằng các công thức axit nitric cũ được biểu thị theo phần trăm thể tích, trong khi nồng độ axit citric mới hơn được biểu thị theo phần trăm trọng lượng. Điều quan trọng cần lưu ý là khi thực hiện các quy trình này, việc cân bằng cẩn thận thời gian ngâm, nhiệt độ bồn và nồng độ là rất quan trọng để tránh hiện tượng "cháy" được mô tả trước đó.
Các phương pháp xử lý thụ động khác nhau tùy theo hàm lượng crom và đặc tính gia công của từng loại. Lưu ý các cột tham chiếu đến Quy trình 1 hoặc Quy trình 2. Như thể hiện trong Hình 3, Quy trình 1 bao gồm ít bước hơn Quy trình 2.
Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã chỉ ra rằng quá trình thụ động hóa axit citric dễ bị "ăn mòn chớp nhoáng" hơn quá trình axit nitric. Các yếu tố góp phần gây ra sự tấn công này bao gồm nhiệt độ bồn tắm quá cao, thời gian ngâm quá lâu và nhiễm bẩn bồn tắm. Các sản phẩm axit citric có chứa chất ức chế ăn mòn và các chất phụ gia khác như tác nhân làm ướt có sẵn trên thị trường và được báo cáo là làm giảm khả năng bị "ăn mòn chớp nhoáng".
Lựa chọn cuối cùng về phương pháp thụ động hóa sẽ phụ thuộc vào tiêu chí chấp nhận do khách hàng áp đặt. Xem ASTM A967 để biết chi tiết. Có thể truy cập tại www.astm.org.
Các thử nghiệm thường được thực hiện để đánh giá bề mặt của các bộ phận thụ động. Câu hỏi cần trả lời là: "Liệu quá trình thụ động có loại bỏ sắt tự do và tối ưu hóa khả năng chống ăn mòn của các cấp độ cắt tự do không?"
Điều quan trọng là phương pháp thử phải phù hợp với cấp độ được đánh giá. Các thử nghiệm quá nghiêm ngặt sẽ không đạt yêu cầu đối với những vật liệu hoàn toàn tốt, trong khi các thử nghiệm quá lỏng lẻo sẽ không đạt yêu cầu đối với những phần không đạt yêu cầu.
Thép không gỉ gia công tự do và tôi kết tủa loại 400 được đánh giá tốt nhất trong tủ có khả năng duy trì độ ẩm 100% (mẫu ướt) trong 24 giờ ở nhiệt độ 95°F (35°C). Mặt cắt ngang thường là bề mặt quan trọng nhất, đặc biệt đối với các loại thép có thể cắt tự do. Một lý do cho điều này là sulfide bị kéo dài theo hướng máy, giao nhau với bề mặt này.
Các bề mặt quan trọng nên được đặt hướng lên trên, nhưng nghiêng 15 đến 20 độ so với phương thẳng đứng để thoát hơi ẩm. Vật liệu được thụ động hóa đúng cách sẽ khó bị gỉ, mặc dù có thể bị ố màu nhẹ.
Các loại thép không gỉ Austenit cũng có thể được đánh giá bằng cách thử độ ẩm. Khi thử nghiệm theo cách này, trên bề mặt mẫu sẽ thấy có những giọt nước, cho thấy có sắt tự do thông qua sự hiện diện của bất kỳ vết gỉ nào.
Các quy trình thụ động hóa thép không gỉ dễ cắt và không dễ cắt thường được sử dụng trong dung dịch axit citric hoặc axit nitric yêu cầu các quy trình khác nhau. Hình 3 bên dưới cung cấp thông tin chi tiết về lựa chọn quy trình.
(a) Điều chỉnh pH bằng natri hiđroxit. (b) Xem Hình 3 (c) Na2Cr2O7 biểu thị 3 oz/gallon (22 g/l) natri dicromat trong axit nitric 20%. Một giải pháp thay thế cho hỗn hợp này là axit nitric 50% không có natri dicromat
Một phương pháp nhanh hơn là sử dụng dung dịch trong ASTM A380, “Thực hành tiêu chuẩn để làm sạch, tẩy cặn và thụ động hóa các bộ phận, thiết bị và hệ thống bằng thép không gỉ”. Thử nghiệm bao gồm việc lau bộ phận bằng dung dịch đồng sunfat/axit sunfuric, giữ ướt trong 6 phút và quan sát lớp mạ đồng. Một cách khác, bộ phận có thể được ngâm trong dung dịch trong 6 phút. Nếu sắt hòa tan, lớp mạ đồng sẽ xảy ra. Không nên sử dụng thử nghiệm này trên bề mặt của các bộ phận chế biến thực phẩm. Ngoài ra, không nên sử dụng thử nghiệm này cho thép martensitic loại 400 hoặc thép ferritic có hàm lượng crom thấp vì có thể xảy ra kết quả dương tính giả.
Theo truyền thống, thử nghiệm phun muối 5% ở nhiệt độ 95°F (35°C) cũng được sử dụng để đánh giá các mẫu đã thụ động hóa. Thử nghiệm này quá nghiêm ngặt đối với một số loại và thường không bắt buộc để xác nhận rằng quá trình thụ động hóa có hiệu quả.
Tránh sử dụng quá nhiều clorua, vì có thể gây ra các đợt tấn công chớp nhoáng có hại. Nếu có thể, chỉ sử dụng nước chất lượng cao có hàm lượng clorua dưới 50 phần triệu (ppm). Nước máy thường là đủ và trong một số trường hợp có thể chịu được tới vài trăm ppm clorua.
Điều quan trọng là phải thay thế bồn tắm thường xuyên để tránh mất khả năng thụ động có thể dẫn đến phóng điện hồ quang và làm hỏng các bộ phận. Bồn tắm phải được duy trì ở nhiệt độ thích hợp, vì nhiệt độ tăng cao có thể gây ra sự ăn mòn cục bộ.
Điều quan trọng là phải duy trì lịch trình thay đổi dung dịch rất cụ thể trong quá trình sản xuất với khối lượng lớn để giảm thiểu khả năng nhiễm bẩn. Một mẫu kiểm soát đã được sử dụng để kiểm tra hiệu quả của bồn. Nếu mẫu bị tấn công, đã đến lúc phải thay bồn.
Vui lòng nêu rõ rằng một số máy chỉ sản xuất thép không gỉ; sử dụng cùng một chất làm mát ưa thích để cắt thép không gỉ, không bao gồm tất cả các kim loại khác.
Các bộ phận giá đỡ DO được xử lý riêng lẻ để tránh tiếp xúc kim loại với kim loại. Điều này đặc biệt quan trọng đối với thép không gỉ gia công tự do, vì cần có dung dịch thụ động và rửa trôi tự do để khuếch tán các sản phẩm ăn mòn trong sunfua và tránh hình thành túi axit.
Không thụ động hóa các bộ phận bằng thép không gỉ đã thấm cacbon hoặc thấm nitơ. Khả năng chống ăn mòn của các bộ phận được xử lý như vậy có thể giảm đến mức chúng sẽ bị phá hủy trong bể thụ động.
Không sử dụng các công cụ bằng sắt trong môi trường xưởng không sạch sẽ. Có thể tránh được hạt thép bằng cách sử dụng các công cụ bằng cacbua hoặc gốm.
Đừng quên rằng sự ăn mòn có thể xảy ra trong bể thụ động nếu bộ phận đó không được xử lý nhiệt đúng cách. Các loại thép martensitic có hàm lượng carbon, crom cao phải được tôi cứng để chống ăn mòn.
Quá trình thụ động hóa thường được thực hiện sau quá trình tôi luyện tiếp theo ở nhiệt độ duy trì khả năng chống ăn mòn.
Không được bỏ qua nồng độ axit nitric trong bể thụ động. Cần kiểm tra định kỳ bằng quy trình chuẩn độ đơn giản do Carpenter cung cấp. Không thụ động hóa nhiều hơn một loại thép không gỉ cùng một lúc. Điều này giúp tránh nhầm lẫn tốn kém và tránh các phản ứng điện hóa.
Về tác giả: Terry A. DeBold là chuyên gia nghiên cứu và phát triển hợp kim thép không gỉ và James W. Martin là nhà luyện kim thanh tại Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
Trong thế giới mà các thông số kỹ thuật về độ hoàn thiện bề mặt ngày càng khắt khe, các phép đo "độ nhám" đơn giản vẫn hữu ích. Hãy cùng xem tại sao phép đo bề mặt lại quan trọng và làm thế nào để kiểm tra phép đo này tại xưởng bằng các thiết bị đo cầm tay tinh vi.
Bạn có chắc chắn mình có vật chèn tốt nhất cho thao tác tiện này không? Hãy kiểm tra phoi, đặc biệt là nếu phoi không được xử lý. Đặc điểm của phoi có thể cho bạn biết rất nhiều điều.