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。