Ti sei assicurato che le parti siano lavorate secondo le specifiche.Ora, assicurati di aver adottato misure per proteggere queste parti nelle condizioni che i tuoi clienti si aspettano.#basic
La passivazione rimane un passaggio fondamentale per massimizzare la resistenza alla corrosione di base di parti e assiemi lavorati in acciaio inossidabile. Può fare la differenza tra prestazioni soddisfacenti e guasti prematuri. Se eseguita in modo errato, la passivazione può effettivamente causare corrosione.
La passivazione è un metodo post-fabbricazione che massimizza la resistenza intrinseca alla corrosione delle leghe di acciaio inossidabile che producono il pezzo. Non è un trattamento disincrostante, né un rivestimento di vernice.
Non c'è consenso generale sul meccanismo preciso di come funziona la passivazione. Ma è certo che sulla superficie dell'acciaio inossidabile passivato è presente una pellicola protettiva di ossido. Si ritiene che questa pellicola invisibile sia estremamente sottile, meno di 0,0000001 pollici di spessore, circa 1/100.000 dello spessore di un capello umano!
Una parte in acciaio inossidabile pulita, appena lavorata, lucidata o decapata acquisirà automaticamente questo film di ossido a causa della sua esposizione all'ossigeno atmosferico. In condizioni ideali, questo strato protettivo di ossido copre completamente tutte le superfici della parte.
In pratica, tuttavia, i contaminanti come lo sporco dell'officina o le particelle di ferro degli utensili da taglio possono trasferirsi sulla superficie delle parti in acciaio inossidabile durante la lavorazione. Se non vengono rimossi, questi corpi estranei possono ridurre l'efficacia della pellicola protettiva originale.
Durante la lavorazione, tracce di ferro libero possono consumarsi dall'utensile e trasferirsi sulla superficie del pezzo in acciaio inossidabile. In alcuni casi, sulla parte può comparire un sottile strato di ruggine. Si tratta in realtà di corrosione dell'acciaio da parte dell'utensile, non del metallo di base. Occasionalmente, le fessure delle particelle di acciaio incorporate dagli utensili da taglio o dai loro prodotti di corrosione possono causare l'erosione della parte stessa.
Allo stesso modo, piccole particelle di sporco ferroso possono aderire alla superficie della parte. Sebbene il metallo possa apparire lucido allo stato lavorato, dopo l'esposizione all'aria, particelle invisibili di ferro libero possono causare ruggine superficiale.
Anche i solfuri esposti possono essere un problema. Provengono dall'aggiunta di zolfo all'acciaio inossidabile per migliorare la lavorabilità. I ​​solfuri aumentano la capacità della lega di formare trucioli durante la lavorazione, che possono essere completamente staccati dall'utensile da taglio. A meno che le parti non siano adeguatamente passivate, i solfuri possono diventare un punto di partenza per la corrosione superficiale sui prodotti fabbricati.
In entrambi i casi, la passivazione è necessaria per massimizzare la naturale resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile. Rimuove i contaminanti superficiali, come le particelle di sporco ferroso dell'officina e le particelle di ferro negli utensili da taglio, che possono formare ruggine o diventare un punto di partenza per la corrosione. La passivazione rimuove anche i solfuri esposti sulla superficie delle leghe di acciaio inossidabile a taglio libero.
Una procedura in due fasi fornisce la migliore resistenza alla corrosione: 1. Pulizia, una procedura di base ma a volte trascurata;2. Bagno acido o trattamento di passivazione.
La pulizia dovrebbe essere sempre una priorità. Le superfici devono essere accuratamente pulite da grasso, refrigerante o altri detriti di officina per una resistenza ottimale alla corrosione. I detriti di lavorazione o altro sporco di officina possono essere rimossi con cura dalla parte. È possibile utilizzare sgrassatori o detergenti commerciali per rimuovere oli di processo o refrigeranti. Potrebbe essere necessario rimuovere corpi estranei come ossidi termici con metodi come la molatura o il decapaggio.
A volte un operatore della macchina può saltare la pulizia di base, pensando erroneamente che la pulizia e la passivazione avverranno contemporaneamente semplicemente immergendo una parte carica di grasso in un bagno acido. Ciò non accadrà. Al contrario, il grasso contaminato reagisce con l'acido formando bolle d'aria. Queste bolle si raccolgono sulla superficie del pezzo e interferiscono con la passivazione.
A peggiorare le cose, la contaminazione delle soluzioni di passivazione, che a volte contengono alte concentrazioni di cloruri, può causare "flashing". A differenza dell'ottenimento del film di ossido desiderato con una superficie lucida, pulita e resistente alla corrosione, l'incisione flash può provocare un deterioramento della superficie fortemente incisa o scurita che la passivazione è progettata per ottimizzare.
Le parti realizzate in acciaio inossidabile martensitico [magnetico, moderatamente resistente alla corrosione, carico di snervamento fino a circa 280 ksi (1930 MPa)] vengono temprate a temperature elevate e quindi rinvenute per garantire la durezza e le proprietà meccaniche desiderate.
In questo caso, la parte deve essere pulita a fondo con uno sgrassatore o un detergente per rimuovere eventuali tracce di fluido da taglio prima del trattamento termico. In caso contrario, il fluido da taglio che rimane sulla parte può causare un'ossidazione eccessiva. Questa condizione può causare l'ammaccatura delle parti sottodimensionate dopo che la scala è stata rimossa con metodi acidi o abrasivi.
Dopo un'accurata pulizia, le parti in acciaio inossidabile possono essere immerse in un bagno acido passivante. È possibile utilizzare uno qualsiasi dei tre metodi: passivazione con acido nitrico, passivazione con acido nitrico con bicromato di sodio e passivazione con acido citrico. Il metodo da utilizzare dipende dal tipo di acciaio inossidabile e dai criteri di accettazione specificati.
Gradi di cromo-nichel più resistenti alla corrosione possono essere passivati ​​in un bagno di acido nitrico al 20% (v/v) (Figura 1). Come mostrato nella tabella, l'acciaio inossidabile meno resistente può essere passivato aggiungendo bicromato di sodio a un bagno di acido nitrico, rendendo la soluzione più ossidante e in grado di formare un film passivo sulla superficie metallica. e la maggiore concentrazione di acido nitrico riduce la possibilità di bagliori indesiderati.
La procedura per la passivazione degli acciai inossidabili a lavorazione libera (illustrata anche nella Figura 1) è in qualche modo diversa da quella per i gradi di acciaio inossidabile non a lavorazione libera. Questo perché durante la passivazione in un tipico bagno di acido nitrico, alcuni o tutti i solfuri di grado lavorabile contenenti zolfo vengono rimossi, creando discontinuità microscopiche nella superficie della parte lavorata.
Anche un risciacquo con acqua generalmente efficace può lasciare acido residuo in queste discontinuità dopo la passivazione. Questo acido attaccherà quindi la superficie della parte a meno che non venga neutralizzato o rimosso.
Per passivare efficacemente l'acciaio inossidabile facilmente lavorabile, Carpenter ha sviluppato il processo AAA (Alkali-Acid-Alkali), che neutralizza l'acido residuo. Questo metodo di passivazione può essere completato in meno di 2 ore. Ecco il processo passo-passo:
Dopo lo sgrassaggio, immergere le parti in una soluzione di idrossido di sodio al 5% a una temperatura compresa tra 71 °C e 82 °C (da 160 °F a 180 °F) per 30 minuti. Quindi sciacquare accuratamente le parti in acqua. Successivamente, immergere la parte per 30 minuti in una soluzione di acido nitrico al 20% (v/v) contenente 22 g/l (3 oz/gal) di dicromato di sodio a una temperatura compresa tra 49 °F e 120 °F C) a 60°C).Dopo aver tolto la parte dal bagno, sciacquarla con acqua e poi immergerla nella soluzione di idrossido di sodio per altri 30 minuti. Sciacquare nuovamente la parte con acqua e asciugare, completando il metodo AAA.
La passivazione dell'acido citrico è sempre più popolare tra i produttori che desiderano evitare l'uso di acidi minerali o soluzioni contenenti bicromato di sodio, nonché i problemi di smaltimento e maggiori problemi di sicurezza associati al loro utilizzo. L'acido citrico è considerato rispettoso dell'ambiente in ogni modo.
Sebbene la passivazione con acido citrico offra interessanti vantaggi ambientali, i negozi che hanno avuto successo con la passivazione con acido inorganico e non hanno problemi di sicurezza potrebbero voler mantenere la rotta. Se questi utenti hanno un negozio pulito, attrezzature ben tenute e pulite, refrigerante privo di incrostazioni ferrose e un processo che produce buoni risultati, potrebbe non essere necessario apportare modifiche.
La passivazione in un bagno di acido citrico si è rivelata utile per un'ampia gamma di acciai inossidabili, inclusi diversi gradi individuali di acciaio inossidabile, come mostrato nella Figura 2. Per comodità, è incluso il metodo tradizionale di passivazione dell'acido nitrico nella Figura 1. Si noti che le vecchie formulazioni di acido nitrico sono espresse in percentuale in volume, mentre le concentrazioni di acido citrico più recenti sono espresse in percentuale in peso.
I trattamenti di passivazione variano in base al contenuto di cromo e alle caratteristiche di lavorazione di ciascun grado. Notare le colonne che fanno riferimento al Processo 1 o al Processo 2. Come mostrato nella Figura 3, il Processo 1 prevede meno passaggi rispetto al Processo 2.
I test di laboratorio hanno dimostrato che il processo di passivazione con acido citrico è più soggetto a "lampeggiamento" rispetto al processo con acido nitrico. I fattori che contribuiscono a questo attacco includono una temperatura del bagno troppo elevata, un tempo di immersione troppo lungo e la contaminazione del bagno. I prodotti a base di acido citrico contenenti inibitori di corrosione e altri additivi come gli agenti bagnanti sono disponibili in commercio e si dice che riducano la suscettibilità alla "corrosione rapida".
La scelta finale del metodo di passivazione dipenderà dai criteri di accettazione imposti dal cliente. Vedere ASTM A967 per i dettagli. Si può accedere a www.astm.org.
I test vengono spesso eseguiti per valutare la superficie delle parti passivate. La domanda a cui rispondere è: "La passivazione rimuove il ferro libero e ottimizza la resistenza alla corrosione dei gradi di taglio libero?"
È importante che il metodo di prova corrisponda al grado da valutare. I test troppo rigorosi falliranno materiali perfettamente buoni, mentre i test troppo larghi supereranno parti insoddisfacenti.
L'indurimento per precipitazione serie 400 e gli acciai inossidabili a lavorazione libera vengono valutati al meglio in un armadio in grado di mantenere il 100% di umidità (campioni bagnati) per 24 ore a 95 °F (35 °C).
Le superfici critiche devono essere posizionate verso l'alto, ma a 15-20 gradi rispetto alla verticale per consentire la perdita di umidità. Il materiale opportunamente passivato difficilmente arrugginisce, sebbene possa mostrare qualche leggera colorazione.
I gradi di acciaio inossidabile austenitico possono anche essere valutati mediante test di umidità. In tal caso, dovrebbero essere presenti gocce d'acqua sulla superficie del campione, indicando ferro libero dalla presenza di ruggine.
Le procedure per la passivazione degli acciai inossidabili automatici e non automatici comunemente utilizzati in soluzioni di acido citrico o nitrico richiedono processi diversi. La Figura 3 di seguito fornisce i dettagli sulla selezione del processo.
(a) Regolare il pH con idrossido di sodio. (b) Vedi figura 3 (c) Na2Cr2O7 rappresenta 3 once/gallone (22 g/l) di dicromato di sodio in acido nitrico al 20%. Un'alternativa a questa miscela è acido nitrico al 50% senza bicromato di sodio
Un metodo più rapido consiste nell'utilizzare la soluzione in ASTM A380, "Standard Practice for Cleaning, Descaling, and Passivation of Stainless Steel Parts, Equipment, and Systems". , non deve essere utilizzato per gli acciai martensitici o ferritici a basso contenuto di cromo della serie 400 poiché potrebbero verificarsi risultati falsi positivi.
Storicamente, il test in nebbia salina al 5% a 35°C (95°F) è stato utilizzato anche per valutare i campioni passivati. Questo test è troppo rigoroso per alcuni gradi e generalmente non è necessario per confermare che la passivazione sia efficace.
Evitare l'uso di cloruri in eccesso, che possono causare attacchi flash dannosi. Se possibile, utilizzare solo acqua di alta qualità con meno di 50 parti per milione (ppm) di cloruro. L'acqua del rubinetto è generalmente sufficiente e può tollerare fino a diverse centinaia di ppm di cloruro in alcuni casi.
È importante sostituire regolarmente il bagno per evitare la perdita del potenziale di passivazione che può portare a scariche elettriche e parti danneggiate. Il bagno deve essere mantenuto alla temperatura corretta, poiché le temperature fuori controllo possono causare corrosione localizzata.
È importante mantenere un programma di cambio soluzione molto specifico durante cicli di produzione elevati per ridurre al minimo il potenziale di contaminazione. Per testare l'efficacia del bagno è stato utilizzato un campione di controllo. Se il campione viene attaccato, è il momento di sostituire il bagno.
Si prega di specificare che alcune macchine producono solo acciaio inossidabile;utilizzare lo stesso refrigerante preferito per tagliare l'acciaio inossidabile, escludendo tutti gli altri metalli.
Le parti del rack DO sono trattate individualmente per evitare il contatto metallo-metallo. Ciò è particolarmente importante per l'acciaio inossidabile a lavorazione libera, poiché sono necessarie soluzioni di passivazione e lavaggio a flusso libero per diffondere i prodotti di corrosione nei solfuri ed evitare la formazione di sacche di acido.
Non passivare parti in acciaio inox carburate o nitrurate. La resistenza alla corrosione delle parti così trattate può ridursi al punto da essere attaccata nel bagno di passivazione.
Non utilizzare utensili ferrosi in un ambiente di officina non particolarmente pulito. La grana d'acciaio può essere evitata utilizzando utensili in carburo o ceramica.
Non dimenticare che la corrosione può verificarsi nel bagno di passivazione se la parte non è adeguatamente trattata termicamente. I gradi martensitici ad alto tenore di carbonio e cromo devono essere induriti per la resistenza alla corrosione.
La passivazione viene solitamente effettuata dopo il successivo rinvenimento utilizzando temperature che mantengono la resistenza alla corrosione.
Non ignorare la concentrazione di acido nitrico nel bagno di passivazione. Controlli periodici devono essere eseguiti utilizzando la semplice procedura di titolazione fornita da Carpenter. Non passivare più di un acciaio inossidabile alla volta. Ciò evita costose confusioni ed evita reazioni galvaniche.
Informazioni sugli autori: Terry A. DeBold è uno specialista di ricerca e sviluppo di leghe di acciaio inossidabile e James W. Martin è un metallurgista di barre presso Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
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