부품이 사양에 맞게 가공되었는지 확인했습니다.이제 고객이 기대하는 조건에서 이러한 부품을 보호하기 위한 조치를 취했는지 확인하십시오.#basic
패시베이션은 스테인리스 가공 부품 및 어셈블리의 기본 내식성을 최대화하는 중요한 단계로 남아 있습니다. 이는 만족스러운 성능과 조기 고장 사이의 차이를 만들 수 있습니다. 부적절하게 실행되면 패시베이션은 실제로 부식을 유발할 수 있습니다.
패시베이션은 공작물을 생산하는 스테인리스 스틸 합금 고유의 내식성을 극대화하는 후가공 방법입니다. 스케일 제거 처리도 아니고 페인트 코팅도 아닙니다.
부동태화가 어떻게 작동하는지에 대한 정확한 메커니즘에 대한 일반적인 합의는 없습니다. 그러나 부동태화된 스테인리스 스틸 표면에 보호 산화막이 있다는 것은 확실합니다. 이 보이지 않는 막은 두께가 0.0000001인치 미만으로 인간 머리카락의 약 1/100,000 두께로 매우 얇습니다!
깨끗하고 새로 가공되고 광택이 나거나 산세척된 스테인리스 스틸 부품은 대기 산소에 노출되어 자동으로 이 산화막을 형성합니다. 이상적인 조건에서 이 보호 산화층은 부품의 모든 표면을 완전히 덮습니다.
그러나 실제로는 작업장 먼지나 절삭 공구의 철 입자와 같은 오염 물질이 기계 가공 중에 스테인리스강 부품의 표면으로 옮길 수 있습니다. 제거하지 않으면 이러한 이물질이 원래 보호 필름의 효과를 감소시킬 수 있습니다.
기계 가공 중에 미량의 자유 철이 공구에서 마모되어 스테인리스강 공작물의 표면으로 이동할 수 있습니다. 경우에 따라 부품에 얇은 녹층이 나타날 수 있습니다. 이것은 실제로 모재가 아닌 공구에 의한 강철 부식입니다. 때때로 절삭 공구 또는 그 부식 제품에서 박힌 강철 입자의 틈으로 인해 부품 자체가 부식될 수 있습니다.
마찬가지로 작은 철 공장 먼지 입자가 부품 표면에 달라붙을 수 있습니다. 금속이 기계 가공된 상태에서 반짝거리는 것처럼 보일 수 있지만 공기에 노출된 후에는 눈에 보이지 않는 자유 철 입자가 표면 녹을 유발할 수 있습니다.
노출된 황화물도 문제가 될 수 있습니다. 황화물은 가공성을 개선하기 위해 스테인리스강에 황을 추가하는 데서 발생합니다. 황화물은 가공 중에 칩을 형성하는 합금의 능력을 증가시켜 절삭 공구에서 완전히 제거할 수 있습니다. 부품이 적절하게 부동태화되지 않으면 황화물은 제조된 제품에서 표면 부식의 시작점이 될 수 있습니다.
두 경우 모두 스테인리스강의 자연적인 내식성을 극대화하기 위해 부동태화가 필요합니다. 이는 녹을 형성하거나 부식의 시작점이 될 수 있는 절삭 공구의 철 입자 및 철 입자와 같은 표면 오염 물질을 제거합니다. 부동태화는 또한 쾌삭 스테인리스강 합금의 표면에 노출된 황화물을 제거합니다.
2단계 절차는 최고의 내부식성을 제공합니다. 1. 세척, 기본적이지만 때때로 간과되는 절차입니다.2. 산성 목욕 또는 패시베이션 처리.
청소는 항상 우선 순위여야 합니다.표면은 최적의 부식 방지를 위해 그리스, 냉각수 또는 기타 작업장 잔해물을 철저히 청소해야 합니다.가공 잔해물 또는 기타 작업장 먼지는 부품에서 조심스럽게 닦아낼 수 있습니다.상용 탈지제 또는 클리너를 사용하여 공정 오일 또는 냉각수를 제거할 수 있습니다.열 산화물과 같은 이물질은 연삭 또는 산 세척과 같은 방법으로 제거해야 할 수 있습니다.
때때로 기계 작업자는 그리스가 함유된 부품을 산성 수조에 담그면 세척과 부동태화가 동시에 일어날 것이라고 잘못 생각하여 기본 세척을 건너뛸 수 있습니다. 이것은 일어나지 않을 것입니다. 반대로 오염된 그리스는 산과 반응하여 기포를 형성합니다. 이러한 기포는 공작물 표면에 모여 부동태화를 방해합니다.
설상가상으로, 때때로 고농도의 염화물을 포함하는 패시베이션 용액의 오염은 "플래싱"을 유발할 수 있습니다. 광택이 있고 깨끗하며 내부식성 표면이 있는 원하는 산화막을 얻는 것과 달리 플래시 에칭은 표면이 심하게 에칭되거나 어두워질 수 있습니다. 이는 패시베이션이 최적화하도록 설계된 표면 열화입니다.
마텐자이트계 스테인리스강[자석, 중간 정도의 부식 저항성, 최대 약 280 ksi(1930 MPa)의 항복 강도]로 만든 부품은 고온에서 경화된 다음 원하는 경도와 기계적 특성을 보장하기 위해 템퍼링됩니다. 마텐자이트계 합금보다 강도와 내식성이 더 우수한 석출 경화성 합금은 용체화 처리, 부분 기계 가공, 저온 시효 처리 및 마감 처리가 가능합니다.
이 경우 열처리 전에 절삭유의 흔적을 제거하기 위해 부품을 탈지제 또는 세척제로 철저히 청소해야 합니다. 그렇지 않으면 부품에 남아있는 절삭유가 과도한 산화를 유발할 수 있습니다. 이러한 상태는 산 또는 연마 방법으로 스케일을 제거한 후 크기가 작은 부품에 찌그러짐을 유발할 수 있습니다. 진공로 또는 보호 분위기와 같이 밝은 경화 부품에 절삭유가 남아 있으면 표면 침탄이 발생하여 내식성을 잃을 수 있습니다.
철저하게 세척한 후 스테인리스강 부품을 부동태화 산성 수조에 담글 수 있습니다. 질산 부동태화, 질산 중크롬산나트륨 부동태화, 구연산 부동태화의 세 가지 방법 중 하나를 사용할 수 있습니다. 사용할 방법은 스테인리스강 등급과 지정된 허용 기준에 따라 다릅니다.
더 많은 내식성 크롬-니켈 등급은 20%(v/v) 질산 수조에서 부동태화될 수 있습니다(그림 1). 표에 표시된 것처럼 덜 저항적인 스테인리스강은 질산 수조에 중크롬산나트륨을 추가하여 부동태화할 수 있습니다. 그러면 용액이 더 산화되고 금속 표면에 부동태 피막을 형성할 수 있습니다. 질산을 크롬산나트륨으로 대체하는 또 다른 옵션은 질산의 농도를 부피의 50%로 높이는 것입니다. 질산의 농도가 높을수록 원하지 않는 플래시의 가능성이 줄어듭니다.
쾌삭 스테인리스강(그림 1 참조)을 부동태화하는 절차는 쾌삭하지 않는 스테인리스강 등급의 절차와 다소 다릅니다. 이는 일반적인 질산 수조에서 부동태화하는 동안 황 함유 가공 등급 황화물의 일부 또는 전부가 제거되어 가공 부품 표면에 미세한 불연속성을 생성하기 때문입니다.
일반적으로 효과적인 물로 헹구더라도 패시베이션 후 이러한 불연속부에 잔류 산이 남을 수 있습니다. 이 산은 중화되거나 제거되지 않는 한 부품 표면을 공격합니다.
쉽게 가공할 수 있는 스테인리스강을 효과적으로 부동태화하기 위해 Carpenter는 잔류 산을 중화하는 AAA(알칼리-산-알칼리) 공정을 개발했습니다. 이 부동태화 방법은 2시간 이내에 완료할 수 있습니다. 단계별 공정은 다음과 같습니다.
탈지 후 부품을 160°F ~ 180°F(71°C ~ 82°C)에서 30분 동안 5% 수산화나트륨 용액에 담급니다. 그런 다음 부품을 물로 완전히 헹굽니다. 다음으로 부품을 120°F ~ 140°F(49°C)에서 3oz/gal(22g/l) 중크롬산나트륨이 포함된 20%(v/v) 질산 용액에 30분 동안 담급니다. ~ 60°C).수조에서 부품을 꺼낸 후 물로 헹구고 수산화나트륨 용액에 다시 30분간 담가둔다. 부품을 다시 물로 헹구고 건조시키면 AAA법이 완성된다.
구연산 패시베이션은 중크롬산나트륨을 함유한 무기산 또는 용액의 사용을 피하고 폐기 문제와 사용과 관련된 더 큰 안전 문제를 피하고자 하는 제조업체들에게 점점 인기를 얻고 있습니다. 구연산은 모든 면에서 환경 친화적인 것으로 간주됩니다.
구연산 부동태화는 매력적인 환경적 이점을 제공하지만 무기산 부동태화로 성공했고 안전 문제가 없는 작업장은 코스를 유지하기를 원할 수 있습니다. 이러한 사용자가 깨끗한 작업장, 잘 유지 관리되고 깨끗한 장비, 철 작업장 오염이 없는 냉각수 및 좋은 결과를 생성하는 프로세스를 가지고 있다면 변경이 실제로 필요하지 않을 수 있습니다.
구연산 욕에서의 부동태화는 그림 2와 같이 여러 개별 스테인리스강 등급을 포함하여 광범위한 스테인리스강에 유용한 것으로 밝혀졌습니다. 편의를 위해 그림 1의 전통적인 질산 부동태화 방법이 포함되어 있습니다. 이전 질산 제제는 부피 백분율로 표시되는 반면 최신 구연산 농도는 중량 백분율로 표시된다는 점에 유의하십시오. 이러한 절차를 실행할 때 담금 시간, 수조 온도 및 농도의 신중한 균형은 앞서 설명한 "플래싱"을 방지하는 데 중요하다는 점에 유의해야 합니다.
패시베이션 처리는 각 등급의 크롬 함량 및 가공 특성에 따라 다릅니다. 공정 1 또는 공정 2를 참조하는 열에 유의하십시오. 그림 3에서 볼 수 있듯이 공정 1은 공정 2보다 단계가 적습니다.
실험실 테스트에 따르면 구연산 부동태화 공정은 질산 공정보다 "플래시"가 더 잘 발생하는 것으로 나타났습니다. 이 공격에 기여하는 요인에는 너무 높은 수조 온도, 너무 긴 담금 시간 및 수조 오염이 포함됩니다. 부식 억제제 및 습윤제와 같은 기타 첨가제를 함유하는 구연산 제품은 상업적으로 이용 가능하며 "플래시 부식"에 대한 민감성을 감소시키는 것으로 보고되었습니다.
패시베이션 방법의 최종 선택은 고객이 부과한 허용 기준에 따라 달라집니다. 자세한 내용은 ASTM A967을 참조하십시오. www.astm.org에서 액세스할 수 있습니다.
부동태화된 부품의 표면을 평가하기 위해 테스트가 자주 수행됩니다. 대답해야 할 질문은 "부동태화가 자유 철을 제거하고 쾌삭 등급의 내식성을 최적화합니까?"입니다.
테스트 방법이 평가되는 등급과 일치하는 것이 중요합니다. 테스트가 너무 엄격하면 좋은 재료는 완벽하게 실패하고 너무 느슨한 테스트는 만족스럽지 못한 부분을 통과합니다.
400 시리즈 석출 경화 및 쾌삭 스테인리스강은 95°F(35°C)에서 24시간 동안 100% 습도(샘플 습식)를 유지할 수 있는 캐비닛에서 가장 잘 평가됩니다. 단면은 종종 특히 쾌삭 등급의 경우 가장 중요한 표면입니다. 그 이유 중 하나는 황화물이 기계 방향으로 늘어나 이 표면과 교차하기 때문입니다.
중요한 표면은 위쪽에 배치해야 하지만 수분 손실을 허용하기 위해 수직에서 15~20도 각도로 배치해야 합니다. 적절하게 부동태화된 재료는 약간의 얼룩이 보일 수 있지만 거의 녹슬지 않습니다.
오스테나이트계 스테인리스강 등급은 습도 테스트로도 평가할 수 있습니다. 이렇게 테스트할 때 물방울이 샘플 표면에 나타나야 하며 이는 녹의 존재로 자유 철을 나타냅니다.
구연산 또는 질산 용액에서 일반적으로 사용되는 쾌삭 및 비유삭 스테인리스강을 부동태화하는 절차에는 서로 다른 공정이 필요합니다. 아래 그림 3은 공정 선택에 대한 세부 정보를 제공합니다.
(a) 수산화나트륨으로 pH를 조정합니다.(b) 그림 3(c) 참조 Na2Cr2O7는 20% 질산 중 3oz/갤런(22g/l) 중크롬산나트륨을 나타냅니다. 이 혼합물의 대안은 중크롬산나트륨이 없는 50% 질산입니다.
더 빠른 방법은 ASTM A380, "Standard Practice for Cleaning, Descaling, and Passivation of Stainless Steel Parts, Equipment, and Systems"의 솔루션을 사용하는 것입니다. 이 테스트는 황산동/황산 용액으로 부품을 닦고 6분 동안 젖은 상태로 유지하며 구리 도금을 관찰하는 것으로 구성됩니다. 대안으로 부품을 6분 동안 용액에 담글 수 있습니다. 철이 용해되면 구리 도금이 발생합니다. 이 테스트는 식품 가공 부품의 표면에 적용되지 않습니다. 위양성 결과가 발생할 수 있으므로 400 시리즈 마르텐사이트 또는 저크롬 페라이트 강에 사용하십시오.
역사적으로 95°F(35°C)에서 5% 염수 분무 테스트는 부동태화된 샘플을 평가하는 데에도 사용되었습니다. 이 테스트는 일부 등급에 대해 너무 엄격하며 일반적으로 부동태화가 효과적인지 확인하는 데 필요하지 않습니다.
유해한 플래시 공격을 일으킬 수 있는 염화물을 과도하게 사용하지 마십시오. 가능하면 염화물이 50ppm 미만인 고품질 물만 사용하십시오. 일반적으로 수돗물이면 충분하며 경우에 따라 최대 수백 ppm의 염화물을 견딜 수 있습니다.
낙뢰 및 부품 손상으로 이어질 수 있는 패시베이션 전위를 잃지 않도록 수조를 정기적으로 교체하는 것이 중요합니다. 온도 폭주로 인해 국부적인 부식이 발생할 수 있으므로 수조는 적절한 온도를 유지해야 합니다.
오염 가능성을 최소화하기 위해 높은 생산 가동 중에 매우 구체적인 용액 교체 일정을 유지하는 것이 중요합니다. 제어 샘플을 사용하여 수조의 효율성을 테스트했습니다. 샘플이 공격을 받으면 수조를 교체할 때입니다.
특정 기계는 스테인리스 스틸만 만든다고 지정하십시오.다른 모든 금속을 제외한 스테인리스 스틸을 절단할 때 선호하는 동일한 절삭유를 사용하십시오.
DO 랙 부품은 금속 간 접촉을 피하기 위해 별도로 처리됩니다. 이것은 특히 스테인리스강을 자유 가공하는 데 중요합니다. 이는 황화물 부식 제품을 확산시키고 산성 포켓 형성을 방지하기 위해 자유 유동 패시베이션 및 플러싱 용액이 필요하기 때문입니다.
침탄 또는 질화 스테인리스 스틸 부품을 보호막 처리하지 마십시오. 이렇게 처리된 부품의 내식성은 보호막 수조에서 공격을 받는 지점까지 감소할 수 있습니다.
특히 깨끗하지 않은 작업장 환경에서 철 도구를 사용하지 마십시오. 카바이드 또는 세라믹 도구를 사용하여 강철 그릿을 피할 수 있습니다.
부품이 적절하게 열처리되지 않은 경우 부동태화 수조에서 부식이 발생할 수 있음을 잊지 마십시오. 고탄소, 고크롬 마르텐사이트 등급은 내부식성을 위해 경화되어야 합니다.
패시베이션은 일반적으로 내부식성을 유지하는 온도를 사용하여 후속 템퍼링 후에 수행됩니다.
부동태화 수조의 질산 농도를 무시하지 마십시오. Carpenter에서 제공하는 간단한 적정 절차를 사용하여 주기적으로 점검해야 합니다. 한 번에 하나 이상의 스테인리스강을 부동태화하지 마십시오. 이렇게 하면 비용이 많이 드는 혼동을 방지하고 갈바닉 반응을 피할 수 있습니다.
저자 소개: Terry A. DeBold는 스테인리스강 합금 연구 및 개발 전문가이고 James W. Martin은 Carpenter Technology Corp.(펜실베니아주 레딩)의 봉재 야금학자입니다.
점점 더 엄격해지는 표면 마감 사양의 세계에서 간단한 "거칠기" 측정은 여전히 ​​유용합니다. 표면 측정이 중요한 이유와 작업 현장에서 정교한 휴대용 게이지를 사용하여 어떻게 측정할 수 있는지 살펴보겠습니다.
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