Bạn đã xác nhận rằng các bộ phận được sản xuất đúng theo thông số kỹ thuật. Bây giờ hãy đảm bảo bạn thực hiện các bước để bảo vệ các bộ phận này trong môi trường mà khách hàng của bạn mong đợi. #base
Quá trình thụ động hóa vẫn là một bước quan trọng để tối đa hóa khả năng chống ăn mòn của các chi tiết và cụm chi tiết được gia công từ thép không gỉ. Điều này có thể tạo nên sự khác biệt giữa hiệu suất hoạt động tốt và hư hỏng sớm. Quá trình thụ động hóa không đúng cách có thể gây ra ăn mòn.
Quá trình thụ động hóa là một kỹ thuật xử lý sau gia công nhằm tối đa hóa khả năng chống ăn mòn vốn có của hợp kim thép không gỉ cấu thành nên chi tiết. Đây không phải là quá trình tẩy cặn hay sơn phủ.
Hiện vẫn chưa có sự đồng thuận về cơ chế chính xác của quá trình thụ động hóa. Nhưng điều chắc chắn là trên bề mặt thép không gỉ đã được thụ động hóa sẽ có một lớp màng oxit bảo vệ. Lớp màng vô hình này được cho là cực kỳ mỏng, chỉ dày chưa đến 0,0000001 inch, tức là chỉ bằng khoảng 1/100.000 độ dày của một sợi tóc người!
Một chi tiết thép không gỉ sạch, vừa được gia công, đánh bóng hoặc tẩy gỉ sẽ tự động hình thành lớp màng oxit này do tiếp xúc với oxy trong không khí. Trong điều kiện lý tưởng, lớp oxit bảo vệ này bao phủ hoàn toàn tất cả các bề mặt của chi tiết.
Tuy nhiên, trên thực tế, các chất gây ô nhiễm như bụi bẩn trong nhà máy 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, các vật thể lạ này có thể làm giảm hiệu quả của lớp màng bảo vệ ban đầu.
Trong quá trình gia công, các vết sắt tự do có thể bị loại bỏ khỏi dụng cụ và truyền lên bề mặt của phôi thép không gỉ. Trong một số trường hợp, một lớp gỉ mỏng có thể xuất hiện trên chi tiết. Trên thực tế, đây là sự ăn mòn của thép dụng cụ, chứ không phải kim loại nền. Đôi khi, các vết nứt do các hạt thép lẫn trong dụng cụ cắt hoặc các sản phẩm ăn mòn của chúng có thể làm mòn chính chi tiết đó.
Tương tự, các hạt bụi luyện kim chứa sắt nhỏ có thể bám vào bề mặt của chi tiết. Mặc dù kim loại có thể trông sáng bóng ở trạng thái hoàn thiện, nhưng sau khi tiếp xúc với không khí, các hạt sắt tự do vô hình có thể gây ra gỉ sét trên bề mặt.
Các sunfua lộ ra ngoài cũng có thể là một vấn đề. Chúng được tạo ra bằng cách thêm lưu huỳnh vào thép không gỉ để cải thiện khả năng gia công. Sunfua làm tăng khả năng tạo phôi của hợp kim trong quá trình gia công, và phôi này có thể bị loại bỏ hoàn toàn khỏi dụng cụ cắt. Nếu các bộ phận không được xử lý thụ động đúng cách, sunfua có thể trở thành điểm khởi đầu cho sự ăn mòn bề mặt của các sản phẩm công nghiệp.
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. Nó loại bỏ các chất gây ô nhiễm trên bề mặt như các hạt sắt và các hạt sắt trong dụng cụ cắt có thể tạo thành gỉ sét hoặc trở thành điểm khởi đầu cho quá trình ăn mòn. Quá trình thụ động hóa cũng loại bỏ các sunfua có trên bề mặt của các hợp kim thép không gỉ được cắt hở.
Quy trình hai bước mang lại khả năng chống ăn mòn tốt nhất: 1. Làm sạch, bước chính nhưng đôi khi bị bỏ qua 2. Ngâm trong dung dịch axit hoặc thụ động hóa.
Việc làm sạch luôn phải được ưu tiên hàng đầu. Bề mặt cần được làm sạch kỹ lưỡng khỏi dầu mỡ, chất làm mát hoặc các chất bẩn khác để đảm bảo khả năng chống ăn mòn tối ưu. Các mảnh vụn gia công hoặc bụi bẩn khác từ nhà máy có thể được lau nhẹ nhàng khỏi chi tiết. Có thể sử dụng các chất tẩy dầu mỡ hoặc chất tẩy rửa thương mại để loại bỏ dầu hoặc chất làm mát trong quá trình sản xuất. Các chất lạ như oxit nhiệt có thể cần được loại bỏ bằng các phương pháp như mài hoặc tẩy gỉ.
Đôi khi người vận hành máy có thể bỏ qua bước làm sạch cơ bản, nhầm tưởng rằng việc làm sạch và thụ động hóa sẽ diễn ra cùng lúc chỉ bằng cách nhúng chi tiết đã bôi dầu vào dung dịch 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 chi tiết gia công và cản trở quá trình thụ động hóa.
Tệ hơn nữa, sự nhiễm bẩn của dung dịch thụ động hóa, đôi khi chứa nồng độ clorua cao, có thể gây ra hiện tượng "ăn mòn nhanh". Trái ngược với việc tạo ra lớp màng oxit mong muốn với bề mặt sáng bóng, sạch sẽ và chống ăn mòn, ăn mòn nhanh có thể dẫn đến ăn mòn nghiêm trọng hoặc làm đen bề mặt - một sự xuống cấp bề mặt mà quá trình thụ động hóa được thiết kế để tối ưu hóa.
Các chi tiết thép không gỉ mactenxit [có từ tính, khả năng chống ăn mòn vừa phải, độ bền kéo lên đến khoảng 280 nghìn psi (1930 MPa)] được tôi ở nhiệt độ cao và sau đó ram để đạt được độ cứng và các tính chất cơ học mong muốn. Các hợp kim được làm cứng bằng kết tủa (có độ bền và khả năng chống ăn mòn tốt hơn so với các loại mactenxit) có thể được xử lý dung dịch, gia công một phần, ủ ở nhiệt độ thấp hơn và sau đó hoàn thiện.
Trong trường hợp này, chi tiết phải được làm sạch kỹ lưỡng bằng chất tẩy dầu mỡ hoặc chất tẩy rửa trước khi xử lý nhiệt để loại bỏ mọi dấu vết của chất làm mát. Nếu không, chất làm mát còn sót lại trên chi tiết có thể gây ra quá trình oxy hóa quá mức. Tình trạng này có thể gây ra các vết lõm trên các chi tiết nhỏ hơn sau khi tẩy cặn bằng axit hoặc phương pháp mài mòn. Nếu chất làm mát còn sót lại trên các chi tiết đã được tôi cứng và sáng bóng, chẳng hạn như trong lò chân không hoặc trong môi trường bảo vệ, hiện tượng cacbon hóa bề mặt có thể xảy ra, dẫn đến mất khả năng chống ăn mòn.
Sau khi được làm sạch kỹ lưỡng, các chi tiết bằng thép không gỉ có thể được ngâm trong dung dịch axit thụ động hóa. Có thể sử dụng một trong ba phương pháp – thụ động hóa bằng axit nitric, thụ động hóa bằng axit nitric có chứa natri dicromat, và thụ động hóa bằng axit citric. Phương pháp nào được sử dụng phụ thuộc vào loại thép không gỉ và các tiêu chí chấp nhận được quy định.
Các loại hợp kim niken crom có ​​khả năng chống ăn mòn tốt hơn có thể được thụ động hóa trong dung dịch 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 dicromat vào dung dịch axit nitric để làm cho dung dịch có tính oxy hóa mạnh hơn và có khả năng tạo thành 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. Cả việc thêm natri dicromat và nồng độ axit nitric cao hơn đều làm giảm khả năng xảy ra hiện tượng phản ứng chớp nhoáng không mong muốn.
Quy trình thụ động hóa đối với thép không gỉ có thể gia công (cũng được thể hiện trong Hình 1) hơi khác so với quy trình đối với các loại thép không gỉ không thể gia công. Điều này là do trong quá trình thụ động hóa trong bể axit nitric, một số hoặc tất cả các sunfua chứa lưu huỳnh có thể gia công được sẽ bị loại bỏ, tạo ra các bất đồng nhất vi mô trên bề mặt của phôi.
Ngay cả việc rửa bằng nước hiệu quả thông thường cũng có thể để lại axit dư trong các vết nứt này sau quá trình thụ động hóa. Axit này sẽ ăn mòn bề mặt của chi tiết nếu không 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 dư. Phương pháp thụ động hóa này có thể hoàn thành trong vòng chưa đầy 2 giờ. Dưới đây là quy trình từng bước:
Sau khi tẩy dầu mỡ, ngâm các chi tiết trong dung dịch natri hydroxit 5% ở nhiệt độ 71°C đến 82°C (160°F đến 180°F) trong 30 phút. Sau đó rửa sạch các chi tiết bằng nước. Tiếp theo, ngâm chi tiết trong 30 phút trong dung dịch axit nitric 20% (v/v) có chứa 22 g/l natri đicromat (3 oz/gal) ở nhiệt độ 49°C đến 60°C (120°F đến 140°F đến 60°C). Sau khi lấy chi tiết ra khỏi dung dịch, rửa sạch bằng nước, sau đó ngâm lại trong dung dịch natri hydroxit trong 30 phút. Rửa sạch chi tiết một lần nữa bằng nước và lau khô, hoàn tất phương pháp AAA.
Phương pháp thụ động hóa bằng axit citric ngày càng trở nên phổ biến đối với các nhà sản xuất muốn tránh sử dụng axit khoáng hoặc dung dịch chứa natri dicromat, cũng như các vấn đề về xử lý chất thải và những lo ngại về an toàn liên quan đến việc sử dụng chúng. Axit citric được coi là thân thiện với môi trường về mọi mặt.
Mặc dù quá trình thụ động hóa bằng axit citric mang lại những lợi ích môi trường hấp dẫn, nhưng 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 sử dụng phương pháp hiện tại. Nếu những người dùng này có một xưởng sạch sẽ, thiết bị ở trong tình trạng tốt và sạch sẽ, chất làm mát không có cặn sắt từ nhà máy và quy trình đang cho kết quả tốt, thì có thể không cần thiết phải thay đổi.
Quá trình thụ động hóa bằng dung dịch axit citric đã được chứng minh là hữu ích cho nhiều loại thép không gỉ, bao gồm một số mác thép không gỉ riêng biệt, như thể hiện trong Hình 2. Để tiện lợi, Hình 2.1 bao gồm phương pháp thụ động hóa truyền thống bằng axit nitric. Lưu ý rằng các công thức axit nitric cũ được biểu thị bằng phần trăm theo thể tích, trong khi nồng độ axit citric mới được biểu thị bằng phần trăm theo khối 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 dung dịch và nồng độ là rất quan trọng để tránh hiện tượng "bốc hơi" đã mô tả ở trên.
Quá trình thụ động hóa thay đổi tùy thuộc vào hàm lượng crom và đặc điểm xử lý của từng loại. Hãy chú ý đến các cột dành cho Quy trình 1 hoặc Quy trình 2. Như thể hiện trong Hình 3, Quy trình 1 có ít bước hơn Quy trình 2.
Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã chỉ ra rằng quá trình thụ động hóa bằng axit citric dễ bị "sôi" hơn so với quá trình bằng axit nitric. Các yếu tố góp phần gây ra hiện tượng này bao gồm nhiệt độ dung dịch quá cao, thời gian ngâm quá lâu và sự nhiễm bẩn dung dịch. Các sản phẩm gốc axit citric có chứa chất ức chế ăn mòn và các chất phụ gia khác như chất làm ướt hiện có bán trên thị trường và được cho là làm giảm khả năng "ăn mòn tức thời".
Phương pháp thụ động hóa được lựa chọn cuối cùng sẽ phụ thuộc vào các tiêu chí chấp nhận do khách hàng đặt ra. Xem tiêu chuẩn ASTM A967 để biết thêm 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 đã được thụ động hóa. Câu hỏi cần được trả lời là "Quá trình thụ động hóa có loại bỏ sắt tự do và tối ưu hóa khả năng chống ăn mòn của hợp kim cho việc cắt tự động hay không?"
Điều quan trọng là phương pháp kiểm tra phải phù hợp với nội dung đang được đánh giá. Các bài kiểm tra quá khắt khe sẽ không cho phép những nội dung hoàn toàn tốt được chấp nhận, trong khi các bài kiểm tra quá lỏng lẻo sẽ cho phép cả những phần không đạt yêu cầu được chấp nhận.
Thép không gỉ dòng 400 có độ pH cao và dễ gia công được đánh giá tốt nhất trong buồng có khả năng duy trì độ ẩm 100% (mẫu ướt) trong 24 giờ ở 95°F (35°C). Mặt cắt ngang thường là bề mặt quan trọng nhất, đặc biệt đối với các loại thép dễ cắt gọt. Một lý do là vì sunfua bị kéo theo hướng gia công trên bề mặt này.
Các bề mặt quan trọng nên được đặt hướng lên trên, nhưng ở góc 15 đến 20 độ so với phương thẳng đứng, để cho phép thoát hơi ẩm. Vật liệu được xử lý thụ động đúng cách sẽ khó bị gỉ, mặc dù có thể xuất hiện các đốm nhỏ trên đó.
Các loại thép không gỉ Austenit cũng có thể được đánh giá bằng phương pháp kiểm tra độ ẩm. Trong thử nghiệm này, các giọt nước sẽ xuất hiện trên bề mặt mẫu, cho thấy sự hiện diện của sắt tự do thông qua sự có mặt của bất kỳ vết rỉ sét nào.
Các quy trình thụ động hóa đối với thép không gỉ thường dùng trong máy móc tự động và thủ công bằng dung dịch axit citric hoặc axit nitric đòi hỏi các phương pháp khác nhau. Hình 3 bên dưới cung cấp chi tiết về việc lựa chọn quy trình.
(a) Điều chỉnh độ pH bằng natri hydroxit. (b) Xem hình 3(c) Na2Cr2O7 là 3 oz/gal (22 g/L) natri đicromat trong axit nitric 20%. Một hỗn hợp thay thế khác là axit nitric 50% không có natri đicromat.
Một phương pháp nhanh hơn là sử dụng tiêu chuẩn ASTM A380, Quy trình tiêu chuẩn về làm sạch, tẩy cặn và thụ động hóa các bộ phận, thiết bị và hệ thống bằng thép không gỉ. Thử nghiệm bao gồm lau bộ phận bằng dung dịch đồng sunfat/axit sulfuric, giữ ẩm trong 6 phút và quan sát lớp mạ đồng. Hoặc, có thể ngâm bộ phận vào dung dịch trong 6 phút. Nếu sắt bị hòa tan, lớp mạ đồng sẽ hình thành. Thử nghiệm này không áp dụng cho bề mặt của các bộ phận chế biến thực phẩm. Ngoài ra, không nên sử dụng thử nghiệm này trên thép mactenxit серии 400 hoặc thép ferrit crom thấp vì có thể dẫn đến kết quả dương tính giả.
Trong lịch sử, thử nghiệm phun muối 5% ở 95°F (35°C) cũng được sử dụng để đánh giá các mẫu đã được thụ động hóa. Thử nghiệm này quá khắc nghiệt đối với một số giống cây trồng và nhìn chung không cần thiết để xác nhận hiệu quả của quá trình thụ động hóa.
Tránh sử dụng quá nhiều clorua, vì điều này có thể gây ra các vụ cháy nguy hiểm. Chỉ sử dụng nước chất lượng cao với hàm lượng clorua dưới 50 phần triệu (ppm) bất cứ khi nào có thể. Nước máy thường đủ tốt, và trong một số trường hợp, nó có thể chịu được đến vài trăm phần triệu clorua.
Việc thay dung dịch mạ thường xuyên rất quan trọng để tránh làm mất khả năng thụ động hóa, điều này có thể dẫn đến hiện tượng sét đánh và hư hỏng các bộ phận. Dung dịch mạ phải được duy trì ở nhiệt độ thích hợp, vì nhiệt độ không được kiểm soát có thể gây ra ăn mòn cục bộ.
Việc tuân thủ lịch trình thay dung dịch rất cụ thể trong các đợt sản xuất lớn là rất quan trọng để giảm thiểu khả năng nhiễm bẩn. Một mẫu đối chứng đã được sử dụng để kiểm tra hiệu quả của dung dịch. Nếu mẫu bị ăn mòn, đã đến lúc phải thay dung dịch.
Vui lòng lưu ý rằng một số máy chỉ sản xuất thép không gỉ; hãy sử dụng cùng loại dung dịch làm mát chuyên dụng cho việc cắt thép không gỉ, loại trừ tất cả các kim loại khác.
Các bộ phận của giá đỡ DO được gia công riêng biệt để tránh tiếp xúc kim loại với kim loại. Điều này đặc biệt quan trọng đối với việc gia công tự do thép không gỉ, vì cần có dung dịch thụ động hóa và rửa dễ chảy để khuếch tán các sản phẩm ăn mòn sunfua và ngăn ngừa sự hình thành các túi axit.
Không nên thụ động hóa các chi tiết thép không gỉ đã được thấm cacbon hoặc thấm nitơ. Khả năng chống ăn mòn của các chi tiết được xử lý theo cách này có thể bị giảm đến mức chúng có thể bị hư hỏng trong bể thụ động hóa.
Không nên sử dụng dụng cụ bằng kim loại đen trong điều kiện xưởng không được sạch sẽ. Có thể tránh được phoi thép bằng cách sử dụng dụng cụ bằng cacbua hoặc gốm.
Cần lưu ý rằng hiện tượng ăn mòn có thể xảy ra trong bể thụ động hóa nếu chi tiết chưa được xử lý nhiệt đúng cách. Các loại thép mactenxit có hàm lượng cacbon và crom cao cần được tôi cứng để chống ăn mòn.
Quá trình thụ động hóa thường được thực hiện sau khi tôi luyện ở nhiệt độ duy trì khả năng chống ăn mòn.
Không được xem nhẹ nồng độ axit nitric trong dung dịch thụ động hóa. Nên kiểm tra định kỳ bằng phương pháp chuẩn độ đơn giản do Carpenter đề xuất. Không nên thụ động hóa nhiều hơn một loại thép không gỉ cùng một lúc. Điều này giúp tránh nhầm lẫn tốn kém và ngăn ngừa các phản ứng điện hóa.
Giới thiệu về các tác giả: Terry A. DeBold là chuyên gia nghiên cứu và phát triển hợp kim thép không gỉ, và James W. Martin là chuyên gia luyện kim thanh tại Carpenter Technology Corp.(Reading, Pennsylvania).
Giá bao nhiêu? Tôi cần bao nhiêu không gian? Tôi sẽ gặp phải những vấn đề môi trường nào? Quá trình học hỏi có khó khăn không? Anod hóa chính xác là gì? Dưới đây là câu trả lời cho những câu hỏi ban đầu của các chuyên gia về anod hóa nội thất.
Để đạt được kết quả nhất quán và chất lượng cao từ quy trình mài không tâm, cần có sự hiểu biết cơ bản. Hầu hết các vấn đề ứng dụng liên quan đến mài không tâm đều phát sinh từ việc thiếu hiểu biết về các nguyên lý cơ bản. Bài viết này giải thích lý do tại sao quy trình không cần tâm hoạt động hiệu quả và cách sử dụng nó hiệu quả nhất trong xưởng của bạn.