什么是钝化,钝化是如何工作的?不锈钢零件加工后如何钝化?这些问题是机加工车间和零件材料(如不锈钢、钛和钽)制造商经常问的问题。
什么是不锈钢钝化?
钝化是一种广泛应用的金属表面处理工艺,以防止腐蚀。在不锈钢中,钝化过程用硝酸或柠檬酸来进行消除自由铁从表面上看。化学处理可形成保护性氧化层,该氧化层不太可能与空气发生化学反应并导致腐蚀。钝化不锈钢防锈。
钝化可以防止不锈钢生锈
钝化不锈钢是什么意思?
对于制造商,行业标准ASTM A967和AMS 2700代表了不锈钢钝化最广泛使用的标准。根据ASTM A967,钝化的定义为:
用轻度氧化剂(如硝酸溶液)对不锈钢进行化学处理,以除去游离铁或其他杂质。
此外,ASTM A380规定钝化是:
通过化学溶解从不锈钢表面去除外源铁或铁化合物,最典型的方法是使用酸溶液进行处理,以去除表面污染,但不会显著影响不锈钢本身……以增强保护性钝化膜的自发形成。”
钝化过程的历史
在19世纪中期,化学家基督教弗里德里希Schonbein发现了钝化的效果。在将铁浸入浓硝酸后,他发现与没有接受浓硝酸处理的铁相比,铁几乎没有化学反应。他把这种缺乏化学反应的情况称为“被动”状态。
20世纪初,随着不锈钢用硝酸钝化成为一种普遍的做法,硝酸的环境和安全问题变得更加明显。研究是由阿道夫库尔斯酿酒公司在德国,人们发现柠檬酸是一种有效的替代品。20世纪90年代,许多制造商开始采用柠檬酸作为硝酸的更安全、更环保的替代品。
今天,表面钝化的行业标准提供了硝酸或柠檬酸,或硝酸与重铬酸钠的方法。方法的选择通常取决于客户的要求。每种方法都有其优缺点。有关详细信息,请参阅我们的文章硝酸与柠檬酸钝化.
为什么要钝化不锈钢?
钝化是新加工的不锈钢零件和部件制造后的最佳做法。福利包括:
- 化学膜防锈屏障
- 延长产品的使用寿命
- 清除产品表面的污染
- 减少了维护的需要。
钝化是如何工作的?
不锈钢是一种铁基合金,通常由铁、镍和铬组成。不锈钢的耐腐蚀性能是由铬含量决定的。当铬暴露在氧气(空气)中时,会形成一层氧化铬薄膜,覆盖在不锈钢表面,保护下面的铁不生锈。钝化的目的是增加和优化氧化铬层的形成。
不锈钢浸入酸浴中可溶解表面的游离铁,而铬则完好无损。酸会用化学方法去除游离铁,留下一个比底层材料含有更高比例铬的均匀表面。
在酸浴后暴露于空气中的氧气后,不锈钢在接下来的24至48小时内形成氧化铬层。表面铬的比例越高,可以形成更厚、更具保护性的氧化铬层。从表面去除游离铁可消除开始腐蚀的机会。
由此产生的钝化层提供了一个化学非反应性表面,可防止生锈。
不锈钢钝化层
什么时候需要不锈钢钝化?
钝化是在研磨、焊接、切割和其他加工不锈钢的加工操作后进行的一种后加工工艺。在理想条件下,不锈钢具有天然的抗腐蚀性,这可能意味着不需要钝化。
然而,在正常的、现实的条件下,下列任何一种都可以抑制氧化膜的形成,以防止腐蚀:
- 制造环境中的异物(车间灰尘、磨屑)
- 在不锈钢中添加硫化物以提高可加工性
- 来自切削工具的铁颗粒嵌入不锈钢零件的表面。
这些污染物必须清除到表面的晶界,以恢复均匀的耐腐蚀表面。钝化过程纠正了这些问题。
钝化不是什么
- 不是电解。钝化是一种化学处理方法不是电解过程.钝化与电解抛光或阳极氧化不同,不依赖于电化学反应。
- 不用于除垢。钝化不是在热处理或焊接后去除机械零件氧化皮的方法。
- 没有一层油漆。不锈钢钝化不会改变颜色或金属的表面外观。将涂漆或粉末涂层的项目无需钝化。
如何钝化不锈钢
许多钝化规范(ASTM A967, AMS 2700)的存在指导正确的工艺钝化不锈钢,钛和其他材料。下面的化学清洗和钝化程序阶段是几乎所有规格的通用步骤:
- 清洁—清除表面的油脂和油类等污染物。
- 使钝化-通常通过浸泡在酸浴中进行化学处理硝酸或柠檬酸.
- 测试–测试新钝化的不锈钢表面,以确保工艺步骤的有效性。
一些规范要求在硝酸浴中加入重铬酸钠,以便更快地形成氧化层或钝化膜。然而,重铬酸钠是一种剧毒的六价铬化合物。替代做法包括使用超声波机器和柠檬酸,如CitriSurf®当材料仍浸泡在酸浴中时,促使金属表面形成氧气。
在酸槽中浸泡的时间一般为20 - 30分钟。酸的温度规格可能不同,取决于不锈钢的等级和酸的化学性质,但通常在120 - 150°F之间。
视频:全自动柠檬酸钝化系统
不锈钢零件钝化的工艺步骤
组装钝化线需要一个既清洁又钝化不锈钢的过程。不锈钢钝化的常用工艺步骤如下:
- 对物料进行碱性清洗,去除所有污染物、油和杂质。通常使用氢氧化钠、Micro-90或Simple Green等清洁剂。
- 用水冲洗-一般用DI(去离子水)或RO(反渗透水)在高精度的行业
- 硝酸或柠檬酸(CitriSurf)浸泡浴,充分溶解任何游离铁和硫化物,加速钝化膜或氧化层的形成
- 水冲洗-在高精度工业中通常使用去离子水
- 二次水洗——在高精度工业中通常使用去离子水
- 干燥部件
- 通过规范标准使用盐雾、高湿度室暴露或硫酸铜测试对样品零件进行测试。
金属钝化有什么注意事项
钝化可以看作是可控腐蚀。酸浴以均匀、可控的方式溶解或腐蚀表面的游离铁。如果控制不当,腐蚀会以一种称为“闪电腐蚀”的现象发生。在闪蚀过程中,金属会形成一层深色的、严重腐蚀的表面——这正是钝化层想要防止的腐蚀。
保持酸性溶液不受污染是防止闪电攻击的关键。通常,补救办法很简单,就是用新鲜的溶液重新注入酸浴。建议定期更换酸性溶液,以防止污染物在溶液中积聚。使用比自来水含更少氯化物的更高等级的水(反渗透水或去离子水)也可以解决闪蒸问题。
不锈钢件的彻底清洗在酸浴之前也是至关重要的。任何油脂或切削油留在零件上倾向于形成气泡,干扰这一过程。在这些情况下,考虑使用脱脂剂或更换洗涤剂,以确保部件完全不受污染。在某些情况下,热处理或焊接产生的热氧化物在钝化之前可能需要研磨或酸洗来去除。
避免混合不同等级的不锈钢(例如300系列和400系列)同时置于酸浴中,因为这有电偶腐蚀的风险。在这种情况下,较稀有的金属腐蚀得更快,如果不同的金属没有在溶液中接触。
我需要什么钝化设备?
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钝化设备的类型
钝化设备可用于各种槽尺寸。最小的系统开始时的油箱尺寸为1.25加仑,而最大的系统运行到500+加仑。钝化系统提供了集成的便利,在一个统一的设备中促进多个过程步骤(例如,清洗,漂洗,钝化,漂洗和干燥)。
系统类型包括:
单击以下任一图像以了解有关该类型设备的更多信息。
标准和规范
在航空航天和医疗器械在行业中,许多高精度制造商在钝化其产品时面临额外的指导方针、规格、法规和认证标准。其中一个认证是NADCAP,或国家航空航天和国防承包商认可计划。使用一个自动钝化系统确保严格的,文件化的过程控制参数满足验证要求。
工艺验证常见问题
行业标准
标准 | 标题/描述 |
ASTM A967 | 不锈钢零件化学钝化处理的标准规范
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AMS 2700 | 耐腐蚀钢的钝化
|
ASTM A380 | 不锈钢零件、设备和系统的清洁、除垢和钝化的标准实施规程
|
AMS-QQ-P-35 | (取代)耐腐蚀钢钝化处理
|
ASTM F86 | 金属外科植入物的表面处理和标记的标准实施规程 |
ASTM F983 | 骨科植入物永久标记的标准实施规程 |
ASTM B600 | 钛和钛合金表面除垢和清洁的标准指南
|
ams - std - 753 | 耐腐蚀钢零件:表面钝化的取样、检验和试验 |
英国标准EN 2516 | 航空航天系列:耐腐蚀钢的钝化和镍基合金的净化 |
军事规格和标准
标准 | 是指 | 标题/描述 |
mil - hdbk - 808 | QQ-P-35 mil - std - 753 |
地面和地面支撑设备的精加工、防护和精加工方案规范:
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mil -迪泰- 14072 | ASTM A380 | 地面电子设备表面处理:
|
mil -迪泰- 5002 | ASTM A967 AMS 2700 |
武器系统金属表面的表面处理和无机涂层:
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mil - std - 171 | ASTM A967 AMS 2700 ASTM A380 |
金属和木材表面修整:
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