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不锈钢钝化防锈技术系统分析讲解

文章出处:www.anjiecheng.net 人气:发表时间:2020-03-07 17:46:16
导言:安捷诚系统分析讲解不锈钢钝化防锈技术的发现,机制,工艺,过程,标准规范,注意事项,好处,以及市场优质的供应商。

什么是钝化? 根据ASTM A380,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,最典型的方法是用酸溶液处理,以去除表面污染,但不会明显影响不锈钢本身。” 另外,它也将钝化描述为“为了增强保护性钝化膜的自发形成,用诸如硝酸溶液之类的弱氧化剂对不锈钢进行化学处理”。总而言之,钝化工艺去除了加工和制造过程中在不锈钢表面残留的“游离铁”污染。 这些污染物是潜在的腐蚀部位,会导致过早腐蚀,如果不去除,最终会导致组件性能下降。 此外,钝化过程有助于形成薄的透明氧化膜,从而保护不锈钢免受选择性氧化(腐蚀)。钝化过程通常从彻底的清洁周期开始。 它去除了由于制造和加工过程而留下的油,油脂,形成化合物,润滑剂,冷却剂,切削液和其他不良有机和金属残留物。常规的脱脂和清洁可以通过多种方式完成,包括蒸汽脱脂,溶剂清洁和碱浸。
 
在物理化学和工程学中, 钝化是指变得“被动”的材料,即受到未来使用环境的影响或腐蚀的程度较小。 钝化涉及形成屏蔽材料的外层,该外层可作为微涂层使用,可以通过与基材的化学反应来形成,或者可以通过空气中的自发氧化而形成。 作为一种技术,钝化是使用保护性材料(例如金属氧化物)的轻涂层来形成防腐蚀的外壳。 钝化只能在某些条件下发生,并且用于微电子学中以增强硅 。 钝化技术增强并保留了金属的外观。 在水的电化学处理中,钝化会通过增加电路电阻来降低处理的效率,并且通常采用主动措施来克服这种影响,最常见的是极性反转,这导致污垢层的排斥率受到限制。 避免电极钝化的其他专有系统(以下将进行讨论)是正在进行的研究和开发的主题。
 
当暴露于空气中时,许多金属自然会形成坚硬,相对惰性的表面,就像银的锈蚀一样。 对于其他金属,例如铁,则由松散附着的腐蚀产物形成有点粗糙的多孔涂层。 在这种情况下,将除去大量的金属,这些金属会沉积或溶解在环境中。 腐蚀涂层会根据贱金属的种类及其环境不同程度地降低腐蚀速率,并且在室温空气中,对于铝 , 铬 , 锌 , 钛和硅( 准金属 )的腐蚀速度要特别慢; 腐蚀壳可抑制更深层的腐蚀,并作为钝化的一种形式起作用。 惰性表面层称为“天然氧化物层”,通常是氧化物或氮化物 ,对于贵金属(例如铂),其单层厚度为0.1-0.3 nm (1-3Å),约为1.5 nm(数年后,对于硅为15Å),对于铝为接近5 nm(50Å)。
 
机制
确定控制氧化物层厚度随时间增加的机理已引起人们极大的兴趣。 一些重要因素是相对于母体金属的体积的氧化物的体积,氧通过金属氧化物扩散到母体金属的机理以及氧化物的相对化学势。 如果氧化物层是晶体,则微粒之间的边界形成氧气到达其下方未氧化金属的重要途径。 因此,缺乏晶界的氧化玻璃涂层可以阻止氧化。 钝化的必要条件(但不充分)记录在Pourbaix图中 。 一些腐蚀抑制剂有助于在其所涂覆的金属表面上形成钝化层。 某些溶解在溶液中的化合物( 铬酸盐 , 钼酸盐 )在金属表面形成非反应性和低溶解度的薄膜。
 
发现
在1800年代中期, 克里斯蒂安·弗里德里希·舍恩贝因 ( Christian FriedrichSchönbein)发现,将一块铁放在稀硝酸中会溶解并产生氢 ,但是如果将铁放在浓硝酸中然后又返回到稀硝酸中,则几乎没有。没有反应发生。 Schönbein将第一个状态命名为主动状态,将第二个状态命名为被动状态。 如果无源熨斗被有源熨斗触摸,它将再次变为有源。 1920年,拉尔夫·S·利利(Ralph S. Lillie)测量了一块活动的铁片碰到一根无源的铁丝的效果,发现“一股激活波在整个长度上迅速掠过(每秒几百厘米)”。
 
不锈钢是耐腐蚀的,但并不完全不生锈。 耐腐蚀钢的一种常见腐蚀方式是,表面上的小斑点开始生锈,因为晶界或嵌入的异物(例如磨屑 )允许水分子氧化这些斑点中的某些铁,尽管合金化了铬 。 这称为路由 。 某些等级的不锈钢特别耐缠绕。 因此,根据工程决策,由它们制成的零件可以放弃任何钝化步骤。 
 
在所有不同的规格和类型中,常见的步骤如下:在钝化之前,必须清除对象上的所有污染物,并且通常必须进行验证测试以证明表面“干净”。 然后将对象放入满足客户和供应商之间指定的方法和类型的温度和化学要求的酸性钝化浴中。 (温度范围可以从环境温度到60摄氏度或140华氏度,而最小钝化时间通常是20到30分钟)。 使用氢氧化钠水溶液将零件中和,然后用清水冲洗并干燥。 使用湿气,高温,防锈剂(盐雾)或这三者的某种组合来验证被动表面。 但是, 马氏体不锈钢存在专有的钝化工艺 ,很难钝化,因为在典型的硝酸浴中,钝化过程中会在机械加工零件的表面形成微观的不连续性。 钝化过程去除了外源铁, 产生/恢复了防止进一步氧化( 生锈 )的钝化氧化物层,并清除了灰尘,水垢或其他焊接产生的化合物(例如氧化物)的零件。 
钝化过程通常由行业标准控制,其中最普遍的是当今的ASTM A 967和AMS2700。这些行业标准通常列出了可以使用的几种钝化过程,并由客户和供应商选择特定的方法。 “方法”可以是基于硝酸的钝化浴,也可以是基于柠檬酸的浴,这些酸可去除表面的铁和铁锈,同时保留铬。 每种方法下列出的各种“类型”是指酸浴温度和浓度的差异。 在某些“类型”的基于硝酸的酸浴中,经常需要使用重铬酸钠作为氧化铬的添加剂,但是该化学品具有剧毒。 对于柠檬酸,只需将零件冲洗和干燥,然后让空气将其氧化,或者在某些情况下使用其他化学药品,即可对表面进行钝化处理。
 
对于一些航空航天制造商来说,钝化超过国家标准的产品时会有更多的准则和规定并不少见。 通常,这些要求将使用Nadcap或其他一些认证系统进行分类。 有多种测试方法可用于确定不锈钢的钝化(或钝化状态)。 验证零件无源性的最常见方法是一段时间内高湿度和高热量的某种组合,旨在引起生锈。 电化学测试仪也可用于商业验证钝化。
 
钝化过程如何工作?
存在许多钝化规范(ASTM A967,AMS2700,ASTM A380)来指导钝化不锈钢,钛和其他材料的正确工艺,以下列出其中一些。 几乎所有规格的共同点是:
清洁表面以清除上面列出的任何污染物
通过浸入酸浴(通常为硝酸或柠檬酸 )中进行化学处理
以下以安捷诚公司的两款钝化液产品为例说明:
安捷诚不锈铁环保钝化液AJC1004只需将待处理的零件在清洁干净以后常温原液(如果产品要求高的话,可以选择将钝化液加温到70度)浸泡在钝化液内,保持30分钟即可达到理想的钝化效果,接下来拿出来清水冲洗干净工件表面的钝化液,待其没有残留即可拿去烘干然后测试盐雾或者包装出货了。

安捷诚不锈钢环保钝化液AJC2001只需将待处理的零件在清洁干净以后常温原液浸泡在钝化液内,保持30分钟即可达到理想的钝化效果,接下来拿出来清水冲洗干净工件表面的钝化液,待其没有残留即可拿去烘干然后测试盐雾或者包装出货了。
当该材料暴露于大气中的氧气时,这种化学处理只会增加/加快自然发生的过程。 它仅比自然界更快,更厚,有助于“增长”惰性氧化层。
 
可能大家需要一个可以正确清洁和酸洗钝化不锈钢的工艺。 下面列出了不锈钢的常见钝化工艺步骤:
碱性清洁材料以去除所有污染物,油脂,异物等。–通常使用清洁剂,例如氢氧化钠,Micro90,Simple Green等。
水冲洗–在高精度行业中通常与去离子水一起使用
硝酸或柠檬酸浸浴可完全溶解任何游离的铁和硫化物,并加快钝化膜或氧化层的形成
水冲洗–在高精度行业中通常与去离子水一起使用
第二次水冲洗–在高精度行业中通常用去离子水冲洗零件
通过规范标准使用以下方法测试样品零件:盐雾,高湿箱暴露或硫酸铜测试
寻找钝化过程需要哪些超声波清洁器设备 ? 请务必查看钝化过程清单或与我们联系以与我们的钝化设备专家交谈。

常见钝化规范:
AMS 2700 :SAE国际认证,定义了去除表面污染物的标准和要求,以增强不锈钢的防护性能并提高耐腐蚀性。
ASTM A967 :ASTM标准规范,用于不锈钢零件的化学钝化处理,包括使用硝酸和柠檬酸的浸渍处理以及电化学处理。 ASTM A967的典型测试包括盐雾测试,硫酸铜测试,高湿度测试和水浸测试。
ASTM B912 :ASTM国际标准,用于使用电抛光钝化不锈钢合金。 它对钝化工艺和二次工艺制定了标准,以确保产品满足性能要求并且没有可见的缺陷。
ASTM B849 :ASTM国际标准规范,用于钢铁预处理,以减少氢脆的风险。
MIL-STD-753B :耐腐蚀钢零件的军事标准,包括表面钝化的采样,检查和测试。
MIL-STD-753C :取代了MIL-STD-753B军用标准的耐腐蚀钢部件,包括采样,检查和表面钝化测试。
ASTM F86 :ASTM国际标准,用于由铁,钴,钛或钽基材料制成的金属外科植入物的表面处理和标记。
AMS-QQ-P-35 :SAE耐腐蚀不锈钢钝化的国际规范。 该认证已被SAE AMS2700取代。
ASTM A380 :ASTM国际标准,适用于化学处理,包括清洁,除锈和钝化不锈钢零件。
CGA G-4.1 :压缩气体协会标准,用于生产,储存和分配气态氧气的清洁设备。
MIL-STD-808A :军事标准,概述了支持设备中用于防腐蚀和控制的饰面,材料和工艺可接受的要求。
ASTM B117 :ASTM国际标准惯例,用于操作盐雾设备以创建可控的腐蚀性测试环境。
MIL-F-14072D :军事规范概述了完成要求,这些要求对于保护电子设备免受军事应用中的气候条件引起的损坏是必需的。
MIL-STD-171D :军事金属表面处理标准,包括一般的表面处理代码,并作为指南来帮助选择合适的材料,程序和系统进行清洁和表面处理。
WS19168A :金属钝化的表面规范

注意事项:
进行钝化之前,请先清洁,清除所有氧化物或热色调颗粒。
请避免使用过多的氯化物,它们会导致有害的闪击。 如果可能,请仅使用含有少于约百万分之50(ppm)氯化物的优质水。 自来水通常就足够了,在某些情况下,最高可以耐受数百ppm的氯化物。
务必定期更换镀液,以免造成钝化潜能损失,从而导致闪击和零件损坏。 浴池应保持在适当的温度,因为温度失控可能会导致局部腐蚀。
在高产量运行期间, 务必维护非常特定的时间表以更换溶液,以最大程度地减少污染的可能性。 使用对照样品测试浴液的有效性。 如果样品受到侵蚀,则该更换浴液了。
一定要指派某些机器只制造不锈钢; 用相同的首选冷却剂切削不锈钢,所有其他金属除外。
请勿单独搁置零件以进行处理,以避免金属之间的接触。 这对于自由加工不锈钢尤为重要,在自由加工不锈钢中,需要自由流动的钝化和冲洗溶液以从腐蚀物中扩散腐蚀产物并避免酸蚀。
不要钝化渗碳或氮化的不锈钢零件。 如此处理过的零件的耐腐蚀性可能会降低到在钝化罐中容易受到腐蚀的程度。
不要在不太干净的车间环境中使用含铁量高的工具。 可以使用硬质合金或陶瓷工具避免钢砂。
不要忘记,如果对零件进行不正确的热处理,则在钝化槽中会发生腐蚀。 高碳高铬马氏体必须经过硬化处理才能具有耐腐蚀性。
钝化通常在随后的回火后使用保持耐腐蚀性的温度进行。

钝化过程的好处:
不锈钢钝化层扩展增强了耐腐蚀性,以保护组件免受高温和高腐蚀性环境的影响。 钝化过程具有几个好处,包括:
无需电镀即可提高耐腐蚀性
优越的表面清洁度
消除铁与其他材料的污染反应
不生锈
尺寸无变化
修复对天然存在的氧化铬层的破坏

 
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