部品が仕様に従って機械加工されていることを確認しました。次に、顧客が期待する条件でこれらの部品を保護するための措置を講じたことを確認してください。#basic
不動態化は、ステンレス機械加工部品およびアセンブリの基本的な耐食性を最大化する上で依然として重要なステップです。不動態化は、満足のいく性能と早期故障の違いを生み出す可能性があります。不動態化が不適切に実行されると、実際に腐食を引き起こす可能性があります。
不動態化は、ワークピースを製造するステンレス鋼合金の固有の耐食性を最大化する加工後の方法です。これは、スケール除去処理や塗装コーティングではありません。
不動態化がどのように機能するかの正確なメカニズムについては一般的なコンセンサスはありません。しかし、不動態化されたステンレス鋼の表面に保護酸化膜があることは確かです。この目に見えない膜は非常に薄く、厚さは 0.0000001 インチ未満、人間の髪の毛の約 100,000 分の 1 であると考えられています。
新しく機械加工され、研磨または酸洗された清潔なステンレス鋼部品は、大気中の酸素にさらされることで自動的にこの酸化膜を形成します。理想的な条件下では、この保護酸化層は部品のすべての表面を完全に覆います。
しかし実際には、加工中に工場の汚れや切削工具からの鉄粉などの汚染物質がステンレス鋼部品の表面に移行する可能性があります。これらの異物を除去しないと、元の保護膜の効果が低下する可能性があります。
機械加工中に、微量の遊離鉄が工具から摩耗し、ステンレス鋼のワークピースの表面に移行する可能性があります。場合によっては、部品に薄い錆の層が現れることがあります。これは実際には、母材の金属ではなく、工具による鋼の腐食です。場合によっては、切削工具からの埋め込まれた鋼粒子の隙間やその腐食生成物が部品自体の腐食を引き起こす可能性があります。
同様に、鉄を含む工場の汚れの小さな粒子が部品の表面に付着することがあります。金属は機械加工された状態では光沢があるように見えますが、空気にさらされると、目に見えない遊離鉄の粒子が表面の錆びを引き起こす可能性があります。
露出した硫化物も問題になる可能性があります。硫化物は、被削性を向上させるためにステンレス鋼に硫黄を添加することによって発生します。硫化物は、機械加工中に合金が切りくずを形成する能力を高め、切削工具から完全に剥がれ落ちる可能性があります。部品が適切に不動態化されない限り、硫化物は製造製品の表面腐食の開始点となる可能性があります。
どちらの場合も、ステンレス鋼の本来の耐食性を最大限に高めるには、不動態化が必要です。不動態化は、鉄工場の汚れ粒子や切削工具の鉄粒子など、錆を形成したり腐食の起点となる可能性のある表面汚染物質を除去します。不動態化は、快削ステンレス鋼合金の表面に露出した硫化物も除去します。
2 段階の手順により最高の耐食性が得られます。 1. 洗浄。基本的な手順ですが、見落とされがちな手順です。2. 酸浴または不動態化処理。
洗浄は常に最優先事項である必要があります。最適な耐食性を得るために、表面からグリース、冷却剤、その他の製造時の破片を徹底的に除去する必要があります。機械加工の破片やその他の製造時の汚れは、部品から注意深く拭き取ることができます。市販の脱脂剤または洗浄剤を使用して、プロセス オイルや冷却剤を除去できます。熱酸化物などの異物は、研削や酸洗いなどの方法で除去する必要がある場合があります。
場合によっては、機械オペレータが基本的な洗浄を省略し、グリースを含んだ部品を酸浴に浸すだけで​​洗浄と不動態化が同時に行われると誤解することがあります。そんなことは起こりません。逆に、汚染されたグリースは酸と反応して気泡を形成します。これらの気泡はワークピースの表面に集まり、不動態化を妨げます。
さらに悪いことに、不動態化溶液の汚染は、高濃度の塩化物を含む場合もあり、「フラッシュ」を引き起こす可能性があります。光沢があり、きれいで、耐食性のある表面を備えた望ましい酸化膜を得るのとは異なり、フラッシュエッチングでは表面が激しくエッチングされたり、黒ずんだりする可能性があります。これは、不動態化が最適化されるように設計された表面劣化です。
マルテンサイト系ステンレス鋼 [磁性、適度な耐食性、最大約 280 ksi (1930 MPa) の降伏強度] で作られた部品は、高温で焼き入れされ、その後焼き戻されて、目的の硬度と機械的特性が確保されます。マルテンサイト合金よりも優れた強度と耐食性を有する析出硬化型合金は、溶体化処理、部分的な機械加工、低温での時効処理、および仕上げが可能です。
この場合、熱処理前に部品を脱脂剤またはクリーナーで徹底的に洗浄し、切削液の痕跡をすべて除去する必要があります。そうしないと、部品に残った切削液が過度の酸化を引き起こす可能性があります。この状態では、酸または研磨法でスケールを除去した後、サイズの小さい部品がへこむ原因となる可能性があります。真空炉や保護雰囲気など、光沢のある硬化した部品に切削液が残ると、表面浸炭が発生し、耐食性が低下する可能性があります。
徹底的に洗浄した後、ステンレス鋼部品を不動態化酸浴に浸漬できます。硝酸不動態化、重クロム酸ナトリウムを含む硝酸不動態化、およびクエン酸不動態化の 3 つの方法のいずれかを使用できます。どの方法を使用するかは、ステンレス鋼のグレードと指定された合格基準によって異なります。
より耐食性の高いクロムニッケルグレードは、20% (v/v) 硝酸浴で不動態化できます (図 1)。表に示すように、耐食性の低いステンレス鋼は、硝酸浴に重クロム酸ナトリウムを添加することで不動態化でき、溶液の酸化性が高まり、金属表面に不動態皮膜を形成することができます。硝酸をクロム酸ナトリウムに置き換える別のオプションは、硝酸の濃度を 50 体積％に増やすことです。二クロム酸ナトリウムの添加は両方とも可能です。硝酸の濃度が高くなると、望ましくないフラッシュが発生する可能性が減少します。
快削ステンレス鋼の不動態化手順 (図 1 にも示されています) は、非快削ステンレス鋼グレードの手順とは若干異なります。これは、一般的な硝酸浴での不動態化中に、硫黄を含む被削性グレードの硫化物の一部またはすべてが除去され、機械加工部品の表面に微細な不連続性が生じるためです。
一般的に効果的な水洗でも、不動態化後のこれらの切れ目に残留酸が残る可能性があります。中和または除去しない限り、この酸は部品の表面を攻撃します。
機械加工が容易なステンレス鋼を効果的に不動態化するために、カーペンターは残留酸を中和する AAA (アルカリ-酸-アルカリ) プロセスを開発しました。この不動態化方法は 2 時間以内に完了できます。段階的なプロセスは次のとおりです。
脱脂後、部品を 160°F ～ 180°F (71°C ～ 82°C) の 5% 水酸化ナトリウム溶液に 30 分間浸漬します。その後、部品を水で十分にすすぎます。次に、3 oz/gal (22 g/l) の重クロム酸ナトリウムを含む 20% (v/v) 硝酸溶液に部品を 120°F ～ 140°F (49°F ～ 140°F) で 30 分間浸漬します。 °C) ～ 60°C)。部品を浴槽から取り出した後、水ですすぎ、水酸化ナトリウム溶液にさらに 30 分間浸します。部品を再度水ですすぎ、乾燥させて AAA メソッドが完了します。
クエン酸不動態化は、鉱酸や重クロム酸ナトリウムを含む溶液の使用を避けたいメーカーの間でますます人気が高まっており、またその使用に伴う廃棄の問題や安全性の懸念も大きくなります。クエン酸はあらゆる点で環境に優しいと考えられています。
クエン酸不動態化には環境面での魅力的な利点がありますが、無機酸不動態化で成功し、安全性への懸念がないショップは、このままでいることを望むかもしれません。これらのユーザーが清潔なショップ、よくメンテナンスされた清潔な設備、鉄系ショップの汚れのないクーラント、および良好な結果を生み出すプロセスを備えている場合、実際に変更する必要はないかもしれません。
クエン酸浴での不動態化は、図 2 に示すように、いくつかのステンレス鋼グレードを含む広範囲のステンレス鋼に有効であることがわかっています。便宜上、図 1 には従来の硝酸不動態化方法が含まれています。古い硝酸配合物は体積パーセントで表され、新しいクエン酸濃度は重量パーセントで表されていることに注意してください。これらの手順を実行するときは、前述の「フラッシュ」を避けるために、浸漬時間、浴温度、および濃度の慎重なバランスが重要であることに注意することが重要です。
不動態化処理は、各グレードのクロム含有量と機械加工特性に応じて異なります。プロセス 1 またはプロセス 2 のいずれかを参照している列に注意してください。図 3 に示すように、プロセス 1 に必要なステップはプロセス 2 よりも少ないです。
実験室テストでは、クエン酸不動態化プロセスは硝酸プロセスよりも「フラッシュ」しやすいことが示されています。この攻撃に寄与する要因としては、高すぎる浴温度、長すぎる浸漬時間、浴の汚染などが挙げられます。腐食防止剤や湿潤剤などのその他の添加剤を含むクエン酸製品が市販されており、「フラッシュ腐食」の影響を軽減すると報告されています。
不動態化方法の最終的な選択は、顧客が課す許容基準によって異なります。詳細については、ASTM A967 を参照してください。www.astm.org からアクセスできます。
不動態化された部品の表面を評価するためにテストがよく行われます。答えるべき質問は、「不動態化により遊離鉄が除去され、快削材の耐食性が最適化されるか?」ということです。
テスト方法が評価対象のグレードと一致していることが重要です。テストが厳しすぎると完全に良好な材料が不合格となり、テストが緩すぎると不満足な部分が合格してしまいます。
400 シリーズの析出硬化および快削ステンレス鋼は、100% 湿度 (湿潤サンプル) を 95°F (35°C) で 24 時間維持できるキャビネット内で最もよく評価されます。特に快削材の場合、断面が最も重要な表面となることがよくあります。その理由の 1 つは、硫化物が縦方向に伸びてこの表面と交差するためです。
重要な表面は上向きに配置する必要がありますが、湿気の損失を考慮して垂直から 15 ～ 20 度の角度に配置してください。適切に不動態化処理された材料は、わずかな汚れが見られる場合がありますが、ほとんど錆びません。
オーステナイト系ステンレス鋼のグレードは、湿度試験によっても評価できます。そのように試験すると、サンプルの表面に水滴が存在し、錆の存在によって遊離鉄が存在することがわかります。
一般的に使用される快削ステンレス鋼および非快削ステンレス鋼をクエン酸または硝酸溶液中で不動態化する手順には、異なるプロセスが必要です。以下の図 3 に、プロセス選択の詳細を示します。
(a) 水酸化ナトリウムで pH を調整します。(b) 図 3 を参照してください。(c) Na2Cr2O7 は、20% 硝酸中の 3 oz/ガロン (22 g/l) の重クロム酸ナトリウムを表します。この混合物の代替品は、重クロム酸ナトリウムを含まない 50% 硝酸です。
より迅速な方法は、ASTM A380「ステンレス鋼部品、装置、およびシステムの洗浄、スケール除去、および不動態化の標準慣行」の溶液を使用することです。このテストは、部品を硫酸銅/硫酸溶液で拭き、6 分間濡れたままにし、銅めっきを観察することから構成されます。別の方法として、部品を溶液に 6 分間浸漬することもできます。鉄が溶解すると、銅めっきが発生します。この試験は食品加工部品の表面には使用しないでください。また、偽陽性結果が発生する可能性があるため、400 シリーズ マルテンサイト鋼または低クロム フェライト鋼には使用しないでください。
歴史的には、95°F (35°C) での 5% 塩水噴霧試験も不動態化サンプルの評価に使用されてきました。この試験はグレードによっては厳しすぎるため、一般に不動態化が有効であることを確認するためには必要ありません。
有害なフラッシュ攻撃を引き起こす可能性がある過剰な塩化物の使用は避けてください。可能であれば、塩化物が 50 ppm 未満の高品質の水のみを使用してください。通常は水道水で十分ですが、場合によっては最大数百 ppm の塩化物に耐えることができます。
フラッシュオーバーや部品の損傷につながる可能性のある不動態化電位の損失を避けるために、バスを定期的に交換することが重要です。温度の暴走により局所的な腐食が発生する可能性があるため、バスは適切な温度に維持する必要があります。
汚染の可能性を最小限に抑えるために、大量生産の際には非常に具体的な溶液交換スケジュールを維持することが重要です。対照サンプルを使用してバスの有効性をテストしました。サンプルが攻撃された場合は、バスを交換する時期です。
特定の機械ではステンレス鋼のみを製造することを指定してください。他のすべての金属を除くステンレス鋼の切断には、同じ推奨クーラントを使用してください。
DO ラック部品は、金属間の接触を避けるために個別に処理されます。硫化物中の腐食生成物を拡散し、酸ポケットの形成を避けるために、自由に流動する不動態化およびフラッシング溶液が必要であるため、これは、自由加工ステンレス鋼にとって特に重要です。
浸炭または窒化されたステンレス鋼部品を不動態化しないでください。そのように処理された部品の耐食性は、不動態化浴で攻撃されるレベルまで低下する可能性があります。
特に清潔ではない作業場環境では、鉄製の工具を使用しないでください。超硬またはセラミック製の工具を使用すると、鋼の砂を避けることができます。
部品が適切に熱処理されていない場合、不動態化バスで腐食が発生する可能性があることを忘れないでください。高炭素、高クロムのマルテンサイトグレードは、耐食性を確保するために硬化する必要があります。
不動態化は通常、耐食性を維持する温度で焼き戻しを行った後に実行されます。
不動態化バス内の硝酸濃度を無視しないでください。カーペンターが提供する簡単な滴定手順を使用して定期的なチェックを行う必要があります。一度に複数のステンレス鋼を不動態化しないでください。これにより、コストのかかる混乱が防止され、ガルバニック反応が回避されます。
著者について: Terry A. DeBold はステンレス鋼合金の研究開発の専門家であり、James W. Martin は Carpenter Technology Corp. (ペンシルベニア州レディング) の棒冶金学者です。
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