Sie haben sichergestellt, dass die Teile gemäß den Spezifikationen bearbeitet werden. Stellen Sie nun sicher, dass Sie Maßnahmen ergriffen haben, um diese Teile unter den Bedingungen zu schützen, die Ihre Kunden erwarten.#basic
Die Passivierung ist nach wie vor ein entscheidender Schritt zur Maximierung der grundlegenden Korrosionsbeständigkeit rostfreier bearbeiteter Teile und Baugruppen. Sie kann den Unterschied zwischen zufriedenstellender Leistung und vorzeitigem Ausfall ausmachen. Bei unsachgemäßer Ausführung kann die Passivierung tatsächlich Korrosion verursachen.
Passivierung ist eine Methode nach der Herstellung, die die inhärente Korrosionsbeständigkeit der Edelstahllegierungen, aus denen das Werkstück hergestellt wird, maximiert. Es handelt sich weder um eine Entzunderungsbehandlung noch um eine Farbbeschichtung.
Über den genauen Mechanismus der Passivierung besteht kein allgemeiner Konsens. Es ist jedoch sicher, dass sich auf der Oberfläche von passiviertem Edelstahl ein schützender Oxidfilm befindet. Es wird angenommen, dass dieser unsichtbare Film extrem dünn ist, weniger als 0,0000001 Zoll dick, etwa 1/100.000stel der Dicke eines menschlichen Haares!
Ein sauberes, frisch bearbeitetes, poliertes oder gebeiztes Edelstahlteil erhält durch die Einwirkung von Luftsauerstoff automatisch diesen Oxidfilm. Unter idealen Bedingungen bedeckt diese schützende Oxidschicht vollständig alle Oberflächen des Teils.
In der Praxis können jedoch bei der Bearbeitung Verunreinigungen wie Werkstattschmutz oder Eisenpartikel von Schneidwerkzeugen auf die Oberfläche von Edelstahlteilen gelangen. Wenn diese Fremdkörper nicht entfernt werden, kann die Wirksamkeit des ursprünglichen Schutzfilms beeinträchtigt werden.
Während der Bearbeitung können sich Spuren von freiem Eisen vom Werkzeug abnutzen und auf die Oberfläche des Werkstücks aus rostfreiem Stahl übertragen. In einigen Fällen kann sich auf dem Teil eine dünne Rostschicht bilden. Dabei handelt es sich tatsächlich um eine Korrosion des Stahls durch das Werkzeug, nicht des Grundmetalls. Gelegentlich können Spalten eingebetteter Stahlpartikel von Schneidwerkzeugen oder deren Korrosionsprodukte zu einer Erosion des Teils selbst führen.
Ebenso können kleine Partikel eisenhaltigen Werkstattschmutzes an der Oberfläche des Teils haften. Obwohl Metall im bearbeiteten Zustand glänzend aussehen kann, können unsichtbare Partikel freien Eisens nach dem Kontakt mit der Luft zu Oberflächenrost führen.
Freiliegende Sulfide können ebenfalls ein Problem darstellen. Sie entstehen durch die Zugabe von Schwefel zu Edelstahl, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern. Sulfide erhöhen die Fähigkeit der Legierung, während der Bearbeitung Späne zu bilden, die vollständig vom Schneidwerkzeug abgestreift werden können. Wenn Teile nicht ordnungsgemäß passiviert werden, können Sulfide zum Ausgangspunkt für Oberflächenkorrosion an hergestellten Produkten werden.
In beiden Fällen ist eine Passivierung erforderlich, um die natürliche Korrosionsbeständigkeit des Edelstahls zu maximieren. Sie entfernt Oberflächenverunreinigungen wie eisenhaltige Werkstattschmutzpartikel und Eisenpartikel in Schneidwerkzeugen, die Rost bilden oder einen Ausgangspunkt für Korrosion darstellen können. Durch die Passivierung werden auch Sulfide entfernt, die auf der Oberfläche von Automatenlegierungen aus rostfreiem Stahl freiliegen.
Ein zweistufiges Verfahren sorgt für die beste Korrosionsbeständigkeit: 1. Reinigung, ein grundlegendes, aber manchmal übersehenes Verfahren;2. Säurebad oder Passivierungsbehandlung.
Die Reinigung sollte immer Priorität haben. Für eine optimale Korrosionsbeständigkeit müssen die Oberflächen gründlich von Fett, Kühlmittel oder anderen Werkstattrückständen gereinigt werden. Bearbeitungsrückstände oder anderer Werkstattschmutz können sorgfältig vom Teil abgewischt werden. Zum Entfernen von Prozessölen oder Kühlmitteln können handelsübliche Entfetter oder Reinigungsmittel verwendet werden. Fremdstoffe wie thermische Oxide müssen möglicherweise durch Methoden wie Schleifen oder Beizen entfernt werden.
Manchmal überspringt ein Maschinenbediener die Grundreinigung, weil er fälschlicherweise denkt, dass die Reinigung und Passivierung gleichzeitig erfolgt, indem er einfach ein mit Fett beladenes Teil in ein Säurebad taucht.
Erschwerend kommt hinzu, dass die Verunreinigung von Passivierungslösungen, die manchmal hohe Chloridkonzentrationen enthalten, zu „Flashing“ führen kann. Im Gegensatz zur Erzielung des gewünschten Oxidfilms mit einer glänzenden, sauberen und korrosionsbeständigen Oberfläche kann das Flash-Ätzen zu einer stark geätzten oder dunklen Oberfläche führen – eine Oberflächenverschlechterung, die durch die Passivierung optimiert werden soll.
Teile aus martensitischem Edelstahl [magnetisch, mäßig korrosionsbeständig, Streckgrenze bis zu etwa 280 ksi (1930 MPa)] werden bei erhöhten Temperaturen gehärtet und anschließend angelassen, um die gewünschte Härte und die gewünschten mechanischen Eigenschaften sicherzustellen. Ausscheidungshärtbare Legierungen, die eine bessere Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit als martensitische Legierungen aufweisen, können lösungsbehandelt, teilweise bearbeitet, bei niedrigeren Temperaturen gealtert und anschließend fertiggestellt werden.
In diesem Fall muss das Teil vor der Wärmebehandlung gründlich mit einem Entfetter oder Reinigungsmittel gereinigt werden, um alle Spuren von Schneidflüssigkeit zu entfernen. Andernfalls kann die auf dem Teil verbleibende Schneidflüssigkeit zu übermäßiger Oxidation führen. Dieser Zustand kann dazu führen, dass zu kleine Teile verbeult werden, nachdem der Zunder durch Säure- oder Schleifmethoden entfernt wurde. Wenn Schneidflüssigkeit auf blanken, gehärteten Teilen zurückbleibt, z. B. in einem Vakuumofen oder in einer Schutzatmosphäre, kann es zu einer Oberflächenkarburierung kommen, was zu einem Verlust der Korrosionsbeständigkeit führt.
Nach gründlicher Reinigung können die Edelstahlteile in ein passivierendes Säurebad getaucht werden. Es können drei Methoden angewendet werden: Salpetersäure-Passivierung, Salpetersäure mit Natriumdichromat-Passivierung und Zitronensäure-Passivierung. Welche Methode verwendet werden soll, hängt von der Edelstahlsorte und den festgelegten Akzeptanzkriterien ab.
Korrosionsbeständigere Chrom-Nickel-Qualitäten können in einem Salpetersäurebad mit 20 % (v/v) passiviert werden (Abbildung 1). Wie in der Tabelle gezeigt, kann weniger beständiger Edelstahl durch Zugabe von Natriumdichromat zu einem Salpetersäurebad passiviert werden, wodurch die Lösung stärker oxidiert und einen passiven Film auf der Metalloberfläche bilden kann. Eine weitere Möglichkeit, Salpetersäure durch Natriumchromat zu ersetzen, besteht darin, die Salpetersäurekonzentration auf 50 Vol.-% zu erhöhen. Sowohl die Zugabe von Natriumdichromat als auch die Zugabe von Natriumdichromat und die höhere Konzentration an Salpetersäure verringern das Risiko unerwünschter Blitze.
Das Verfahren zum Passivieren von Automaten-Edelstählen (ebenfalls in Abbildung 1 dargestellt) unterscheidet sich etwas von dem für nicht Automaten-Edelstahlsorten. Dies liegt daran, dass bei der Passivierung in einem typischen Salpetersäurebad einige oder alle schwefelhaltigen, zerspanbaren Sulfide entfernt werden, wodurch mikroskopische Diskontinuitäten in der Oberfläche des bearbeiteten Teils entstehen.
Selbst eine allgemein wirksame Spülung mit Wasser kann nach der Passivierung Restsäure in diesen Diskontinuitäten hinterlassen. Diese Säure greift dann die Oberfläche des Teils an, sofern sie nicht neutralisiert oder entfernt wird.
Um leicht bearbeitbaren Edelstahl effektiv zu passivieren, hat Carpenter das AAA-Verfahren (Alkali-Säure-Alkali) entwickelt, das Restsäure neutralisiert. Diese Passivierungsmethode kann in weniger als 2 Stunden abgeschlossen werden. Hier ist der Schritt-für-Schritt-Prozess:
Nach dem Entfetten legen Sie die Teile 30 Minuten lang in eine 5 %ige Natriumhydroxidlösung bei 160 °F bis 180 °F (71 °C bis 82 °C). (C) bis 60°C).Nachdem Sie das Teil aus dem Bad genommen haben, spülen Sie es mit Wasser ab und tauchen Sie es dann für weitere 30 Minuten in die Natriumhydroxidlösung. Spülen Sie das Teil erneut mit Wasser und trocknen Sie es, um die AAA-Methode abzuschließen.
Die Passivierung mit Zitronensäure erfreut sich zunehmender Beliebtheit bei Herstellern, die den Einsatz von Mineralsäuren oder natriumdichromathaltigen Lösungen sowie die damit verbundenen Entsorgungsprobleme und größeren Sicherheitsbedenken vermeiden möchten. Zitronensäure gilt in jeder Hinsicht als umweltfreundlich.
Während die Passivierung mit Zitronensäure attraktive Vorteile für die Umwelt bietet, möchten Betriebe, die mit der Passivierung mit anorganischen Säuren Erfolg hatten und keine Sicherheitsbedenken haben, vielleicht dabei bleiben. Wenn diese Anwender über eine saubere Werkstatt, gut gewartete und saubere Ausrüstung, ein Kühlmittel ohne eisenhaltige Werkstattverschmutzungen und einen Prozess verfügen, der gute Ergebnisse liefert, besteht möglicherweise kein wirklicher Änderungsbedarf.
Die Passivierung in einem Zitronensäurebad hat sich für eine Vielzahl von rostfreien Stählen, einschließlich mehrerer einzelner Edelstahlsorten, als nützlich erwiesen, wie in Abbildung 2 dargestellt. Der Einfachheit halber ist die traditionelle Salpetersäure-Passivierungsmethode in Abbildung 1 enthalten. Beachten Sie, dass ältere Salpetersäureformulierungen in Volumenprozent ausgedrückt werden, während neuere Zitronensäurekonzentrationen in Gewichtsprozent ausgedrückt werden. Es ist wichtig zu beachten, dass bei der Umsetzung dieser Verfahren eine sorgfältige Abstimmung von Einweichzeit, Badtemperatur und Konzentration von entscheidender Bedeutung ist, um das zuvor beschriebene „Flashing“ zu vermeiden.
Passivierungsbehandlungen variieren je nach Chromgehalt und Bearbeitungseigenschaften jeder Sorte. Beachten Sie die Spalten, die sich entweder auf Prozess 1 oder Prozess 2 beziehen. Wie in Abbildung 3 dargestellt, umfasst Prozess 1 weniger Schritte als Prozess 2.
Labortests haben gezeigt, dass der Zitronensäure-Passivierungsprozess anfälliger für „Flashing“ ist als der Salpetersäureprozess. Zu den Faktoren, die zu diesem Angriff beitragen, gehören eine zu hohe Badtemperatur, eine zu lange Einweichzeit und Badverunreinigungen. Zitronensäureprodukte, die Korrosionsinhibitoren und andere Zusätze wie Netzmittel enthalten, sind im Handel erhältlich und sollen die Anfälligkeit für „Flash-Korrosion“ verringern.
Die endgültige Wahl der Passivierungsmethode hängt von den vom Kunden festgelegten Akzeptanzkriterien ab. Einzelheiten finden Sie in ASTM A967. Der Zugriff erfolgt unter www.astm.org.
Oft werden Tests durchgeführt, um die Oberfläche passivierter Teile zu bewerten. Die zu beantwortende Frage lautet: „Entfernt die Passivierung freies Eisen und optimiert sie die Korrosionsbeständigkeit von Automatensorten?“
Es ist wichtig, dass die Testmethode mit der zu bewertenden Note übereinstimmt. Zu strenge Tests führen dazu, dass vollkommen gute Materialien durchfallen, wohingegen Tests, die zu locker sind, unbefriedigende Teile bestehen.
Ausscheidungshärtende und Automaten-Edelstähle der Serie 400 lassen sich am besten in einem Schrank bewerten, der 24 Stunden lang bei 95 °F (35 °C) 100 % Luftfeuchtigkeit (Probe nass) aufrechterhalten kann. Der Querschnitt ist oft die kritischste Oberfläche, insbesondere bei Automatensorten. Ein Grund dafür ist, dass sich das Sulfid in Maschinenrichtung verlängert und diese Oberfläche schneidet.
Kritische Oberflächen sollten nach oben gerichtet sein, jedoch in einem Winkel von 15 bis 20 Grad zur Vertikalen, um Feuchtigkeitsverlust zu ermöglichen. Richtig passiviertes Material rostet kaum, es können jedoch leichte Flecken auftreten.
Austenitische Edelstahlsorten können auch durch Feuchtigkeitstests bewertet werden. Bei einem solchen Test sollten Wassertröpfchen auf der Oberfläche der Probe vorhanden sein, was durch das Vorhandensein von Rost auf freies Eisen hinweist.
Die Verfahren zum Passivieren häufig verwendeter Automaten- und Nicht-Automaten-Edelstähle in Zitronen- oder Salpetersäurelösungen erfordern unterschiedliche Prozesse. Abbildung 3 unten enthält Einzelheiten zur Prozessauswahl.
(a) Stellen Sie den pH-Wert mit Natriumhydroxid ein. (b) Siehe Abbildung 3 (c) Na2Cr2O7 entspricht 3 oz/Gallone (22 g/l) Natriumdichromat in 20 % Salpetersäure. Eine Alternative zu dieser Mischung ist 50 % Salpetersäure ohne Natriumdichromat
Eine schnellere Methode ist die Verwendung der Lösung gemäß ASTM A380, „Standardpraxis für die Reinigung, Entkalkung und Passivierung von Teilen, Geräten und Systemen aus rostfreiem Stahl“. Der Test besteht darin, das Teil mit einer Kupfersulfat-/Schwefelsäurelösung abzuwischen, es 6 Minuten lang feucht zu halten und auf Kupferbeschichtung zu prüfen Es sollte nicht für martensitische Stähle der Serie 400 oder ferritische Stähle mit niedrigem Chromgehalt verwendet werden, da es zu falsch positiven Ergebnissen kommen kann.
In der Vergangenheit wurde auch der 5 %-Salzsprühtest bei 35 °C (95 °F) zur Bewertung passivierter Proben verwendet. Dieser Test ist für einige Qualitäten zu streng und im Allgemeinen nicht erforderlich, um die Wirksamkeit der Passivierung zu bestätigen.
Vermeiden Sie überschüssige Chloride, die schädliche Flash-Attacken verursachen können. Verwenden Sie nach Möglichkeit nur hochwertiges Wasser mit weniger als 50 Teilen pro Million (ppm) Chlorid. Leitungswasser ist in der Regel ausreichend und verträgt in manchen Fällen bis zu mehrere hundert ppm Chlorid.
Es ist wichtig, das Bad regelmäßig auszutauschen, um das Passivierungspotential nicht zu verlieren, was zu Blitzeinschlägen und beschädigten Teilen führen kann. Das Bad sollte auf der richtigen Temperatur gehalten werden, da unkontrollierte Temperaturen zu lokaler Korrosion führen können.
Es ist wichtig, bei hohen Produktionsläufen einen sehr spezifischen Lösungswechselplan einzuhalten, um das Risiko einer Kontamination zu minimieren. Eine Kontrollprobe wurde verwendet, um die Wirksamkeit des Bades zu testen. Wenn die Probe angegriffen wird, ist es Zeit, das Bad auszutauschen.
Bitte geben Sie an, dass bestimmte Maschinen nur Edelstahl herstellen.Verwenden Sie zum Schneiden von Edelstahl, mit Ausnahme aller anderen Metalle, das gleiche bevorzugte Kühlmittel.
DO-Gestellteile werden separat behandelt, um Metall-zu-Metall-Kontakt zu vermeiden. Dies ist besonders wichtig für die Automatenbearbeitung von Edelstahl, da frei fließende Passivierungs- und Spüllösungen erforderlich sind, um Sulfidkorrosionsprodukte zu verteilen und die Bildung von Säuretaschen zu verhindern.
Aufgekohlte oder nitrierte Edelstahlteile dürfen nicht passiviert werden. Die Korrosionsbeständigkeit der so behandelten Teile kann so weit verringert werden, dass sie im Passivierungsbad angegriffen werden.
Verwenden Sie keine eisenhaltigen Werkzeuge in einer Werkstattumgebung, die nicht besonders sauber ist. Stahlsplitt kann durch die Verwendung von Hartmetall- oder Keramikwerkzeugen vermieden werden.
Vergessen Sie nicht, dass im Passivierungsbad Korrosion auftreten kann, wenn das Teil nicht ordnungsgemäß wärmebehandelt wird. Martensitische Sorten mit hohem Kohlenstoffgehalt und hohem Chromgehalt müssen für die Korrosionsbeständigkeit gehärtet werden.
Die Passivierung erfolgt in der Regel nach anschließendem Anlassen bei Temperaturen, die die Korrosionsbeständigkeit aufrechterhalten.
Ignorieren Sie nicht die Salpetersäurekonzentration im Passivierungsbad. Regelmäßige Kontrollen sollten mit dem einfachen Titrationsverfahren von Carpenter durchgeführt werden. Passivieren Sie nicht mehr als einen Edelstahl gleichzeitig. Dies verhindert kostspielige Verwechslungen und vermeidet galvanische Reaktionen.
Über die Autoren: Terry A. DeBold ist ein Forschungs- und Entwicklungsspezialist für Edelstahllegierungen und James W. Martin ist Stabmetallurge bei Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 25. Juli 2022