Você verificou que as peças são fabricadas de acordo com as especificações. Agora, certifique-se de tomar medidas para proteger essas peças no ambiente esperado pelos seus clientes. #base
A passivação continua sendo uma etapa importante para maximizar a resistência à corrosão de peças e conjuntos usinados em aço inoxidável. Isso pode fazer a diferença entre um desempenho satisfatório e uma falha prematura. A passivação incorreta pode causar corrosão.
Passivação é uma técnica de pós-fabricação que maximiza a resistência inerente à corrosão das ligas de aço inoxidável com as quais a peça é feita. Não se trata de decapagem ou pintura.
Não há consenso sobre o mecanismo exato pelo qual a passivação funciona. Mas sabe-se com certeza que existe uma película protetora de óxido na superfície do aço inoxidável passivado. Diz-se que essa película invisível é extremamente fina, com menos de 0,0000001 polegada de espessura, o que equivale a cerca de 1/100.000 da espessura de um fio de cabelo humano!
Uma peça de aço inoxidável limpa, recém-usinada, polida ou decapada adquirirá automaticamente essa película de óxido devido à exposição ao oxigênio atmosférico. Em condições ideais, essa camada protetora de óxido cobre completamente todas as superfícies da peça.
Na prática, porém, contaminantes como sujeira de fábrica ou partículas de ferro de ferramentas de corte podem atingir a superfície das peças de aço inoxidável durante o processamento. Se não forem removidos, esses corpos estranhos podem reduzir a eficácia da película protetora original.
Durante a usinagem, traços de ferro livre podem ser removidos da ferramenta e transferidos para a superfície da peça de aço inoxidável. Em alguns casos, uma fina camada de ferrugem pode aparecer na peça. Na verdade, trata-se da corrosão do aço da ferramenta, não do metal base. Às vezes, rachaduras causadas por partículas de aço incrustadas em ferramentas de corte ou seus produtos de corrosão podem corroer a própria peça.
Da mesma forma, pequenas partículas de sujeira metalúrgica ferrosa podem aderir à superfície da peça. Embora o metal possa parecer brilhante em seu estado final, após a exposição ao ar, partículas invisíveis de ferro livre podem causar ferrugem na superfície.
Sulfetos expostos também podem ser um problema. Eles são produzidos pela adição de enxofre ao aço inoxidável para melhorar a usinabilidade. Os sulfetos aumentam a capacidade da liga de formar cavacos durante a usinagem, que podem ser completamente removidos da ferramenta de corte. Se as peças não forem devidamente passivadas, os sulfetos podem se tornar o ponto de partida para a corrosão superficial de produtos industriais.
Em ambos os casos, a passivação é necessária para maximizar a resistência natural à corrosão do aço inoxidável. Ela remove contaminantes da superfície, como partículas de ferro e partículas de ferro em ferramentas de corte, que podem formar ferrugem ou se tornar o ponto de partida para a corrosão. A passivação também remove sulfetos encontrados na superfície de ligas de aço inoxidável cortadas a céu aberto.
Um procedimento de duas etapas proporciona a melhor resistência à corrosão: 1. Limpeza, o procedimento principal, mas às vezes negligenciado 2. Banho ácido ou passivação.
A limpeza deve ser sempre uma prioridade. As superfícies devem ser completamente limpas de graxa, líquido de arrefecimento ou outros resíduos para garantir a resistência ideal à corrosão. Resíduos de usinagem ou outras sujeiras de fábrica podem ser removidos delicadamente da peça. Desengordurantes ou limpadores comerciais podem ser usados ​​para remover óleos de processo ou líquidos de arrefecimento. Matérias estranhas, como óxidos térmicos, podem precisar ser removidas por métodos como retificação ou decapagem.
Às vezes, o operador da máquina pode pular a limpeza básica, acreditando erroneamente que a limpeza e a passivação ocorrerão ao mesmo tempo, simplesmente imergindo a peça lubrificada em um banho de ácido. Isso não acontecerá. Por outro lado, a graxa contaminada reage com o ácido, formando bolhas de ar. Essas bolhas se acumulam na superfície da peça e interferem na passivação.
Pior ainda, a contaminação das soluções de passivação, que às vezes contêm altas concentrações de cloretos, pode causar um "flash". Ao contrário da produção da película de óxido desejada com uma superfície brilhante, limpa e resistente à corrosão, a corrosão instantânea pode resultar em corrosão severa ou escurecimento da superfície — uma deterioração da superfície que a passivação visa otimizar.
Peças de aço inoxidável martensítico [magnético, moderadamente resistente à corrosão, com limite de escoamento de até cerca de 280 mil psi (1930 MPa)] são temperadas em altas temperaturas e, em seguida, revenidas para fornecer a dureza e as propriedades mecânicas desejadas. Ligas endurecidas por precipitação (que apresentam maior resistência e resistência à corrosão do que as ligas martensíticas) podem ser tratadas em solução, parcialmente usinadas, envelhecidas em temperaturas mais baixas e, em seguida, acabadas.
Neste caso, a peça deve ser completamente limpa com um desengordurante ou limpador antes do tratamento térmico para remover quaisquer vestígios de fluido de corte. Caso contrário, o líquido de arrefecimento remanescente na peça pode causar oxidação excessiva. Essa condição pode causar a formação de amassados ​​em peças menores após a desincrustação com métodos ácidos ou abrasivos. Se o líquido de arrefecimento for deixado em peças endurecidas e brilhantes, como em um forno a vácuo ou em uma atmosfera protetora, pode ocorrer carbonização da superfície, resultando em perda de resistência à corrosão.
Após uma limpeza completa, as peças de aço inoxidável podem ser imersas em um banho ácido de passivação. Qualquer um dos três métodos pode ser usado: passivação com ácido nítrico, passivação com ácido nítrico com dicromato de sódio e passivação com ácido cítrico. O método a ser usado depende do grau do aço inoxidável e dos critérios de aceitação especificados.
Graus de níquel-cromo mais resistentes à corrosão podem ser passivados em um banho de ácido nítrico a 20% (v/v) (Figura 1). Como mostrado na tabela, aços inoxidáveis ​​menos resistentes podem ser passivados adicionando dicromato de sódio a um banho de ácido nítrico para tornar a solução mais oxidante e capaz de formar uma película passivadora na superfície metálica. Outra opção para substituir o ácido nítrico por cromato de sódio é aumentar a concentração de ácido nítrico para 50% em volume. Tanto a adição de dicromato de sódio quanto a maior concentração de ácido nítrico reduzem a probabilidade de um flash indesejado.
O procedimento de passivação para aços inoxidáveis ​​usináveis ​​(também mostrado na Figura 1) é ligeiramente diferente do procedimento para aços inoxidáveis ​​não usináveis. Isso ocorre porque, durante a passivação em banho de ácido nítrico, parte ou todos os sulfetos usináveis ​​contendo enxofre são removidos, criando heterogeneidades microscópicas na superfície da peça.
Mesmo uma lavagem com água normalmente eficaz pode deixar ácido residual nessas descontinuidades após a passivação. Esse ácido atacará a superfície da peça se não for neutralizado ou removido.
Para uma passivação eficiente de aço inoxidável de fácil usinagem, a Carpenter desenvolveu o processo AAA (Alcalino-Ácido-Alcalino), que neutraliza o ácido residual. Este método de passivação pode ser concluído em menos de 2 horas. Veja o processo passo a passo:
Após o desengorduramento, mergulhe as peças em uma solução de hidróxido de sódio a 5% a uma temperatura de 71 °C a 82 °C por 30 minutos. Em seguida, enxágue bem as peças em água. Em seguida, mergulhe a peça por 30 minutos em uma solução de ácido nítrico a 20% (v/v) contendo 22 g/l de dicromato de sódio a uma temperatura de 49 °C a 60 °C. Após remover a peça do banho, enxágue-a com água e, em seguida, mergulhe-a em uma solução de hidróxido de sódio por 30 minutos. Enxágue a peça novamente com água e seque, completando o método AAA.
A passivação com ácido cítrico está se tornando cada vez mais popular entre os fabricantes que desejam evitar o uso de ácidos minerais ou soluções que contenham dicromato de sódio, além de problemas de descarte e aumento das preocupações com a segurança associados ao seu uso. O ácido cítrico é considerado ecologicamente correto em todos os aspectos.
Embora a passivação com ácido cítrico ofereça benefícios ambientais atraentes, lojas que obtiveram sucesso com a passivação com ácido inorgânico e não têm preocupações com a segurança podem querer continuar com o processo. Se esses usuários tiverem uma loja limpa, o equipamento estiver em boas condições e limpo, o líquido de arrefecimento estiver livre de depósitos ferrosos de fábrica e o processo estiver produzindo bons resultados, pode não haver necessidade real de mudança.
A passivação por banho de ácido cítrico demonstrou ser útil para uma ampla gama de aços inoxidáveis, incluindo diversos tipos de aço inoxidável, como mostrado na Figura 2. Para facilitar, a Figura 2.1 inclui o método tradicional de passivação com ácido nítrico. Observe que as formulações antigas de ácido nítrico são expressas em porcentagens por volume, enquanto as novas concentrações de ácido cítrico são expressas em porcentagens por massa. É importante observar que, ao realizar esses procedimentos, um equilíbrio cuidadoso entre tempo de imersão, temperatura do banho e concentração é fundamental para evitar o "refluxo" descrito acima.
A passivação varia dependendo do teor de cromo e das características de processamento de cada variedade. Observe as colunas para o Processo 1 ou Processo 2. Como mostrado na Figura 3, o Processo 1 tem menos etapas que o Processo 2.
Testes de laboratório demonstraram que o processo de passivação com ácido cítrico é mais propenso à "ebulição" do que o processo com ácido nítrico. Fatores que contribuem para esse ataque incluem temperatura do banho muito alta, tempo de imersão muito longo e contaminação do banho. Produtos à base de ácido cítrico contendo inibidores de corrosão e outros aditivos, como agentes umectantes, estão disponíveis comercialmente e comprovadamente reduzem a suscetibilidade à "corrosão instantânea".
A escolha final do método de passivação dependerá dos critérios de aceitação definidos pelo cliente. Consulte a norma ASTM A967 para obter detalhes. Ela pode ser acessada em www.astm.org.
Testes são frequentemente realizados para avaliar a superfície de peças passivadas. A pergunta a ser respondida é: "A passivação remove o ferro livre e otimiza a resistência à corrosão de ligas para corte automático?"
É importante que o método de teste seja adequado à turma avaliada. Testes muito rigorosos não aprovarão materiais absolutamente bons, enquanto testes muito fracos aprovarão partes insatisfatórias.
Aços inoxidáveis ​​da série 400, de fácil usinagem e com pH adequado, são melhor avaliados em uma câmara capaz de manter 100% de umidade (amostra úmida) por 24 horas a 35 °C (95 °F). A seção transversal costuma ser a superfície mais crítica, especialmente para classes de corte livre. Um dos motivos para isso é que o sulfeto é puxado na direção da máquina através dessa superfície.
Superfícies críticas devem ser posicionadas para cima, mas em um ângulo de 15 a 20 graus em relação à vertical, para permitir a perda de umidade. Materiais devidamente passivados dificilmente enferrujam, embora pequenas manchas possam aparecer neles.
Os aços inoxidáveis ​​austeníticos também podem ser avaliados por meio de testes de umidade. Nesse teste, deve haver gotas de água na superfície da amostra, indicando a presença de ferro livre pela presença de ferrugem.
Os procedimentos de passivação para aços inoxidáveis ​​automáticos e manuais comumente utilizados em soluções de ácido cítrico ou nítrico requerem processos diferentes. A figura 3 abaixo fornece detalhes sobre a seleção do processo.
(a) Ajuste o pH com hidróxido de sódio. (b) Veja a figura 3(c). Na2Cr2O7 é 3 oz/gal (22 g/L) de dicromato de sódio em 20% de ácido nítrico. Uma alternativa a essa mistura é 50% de ácido nítrico sem dicromato de sódio.
Uma abordagem mais rápida é utilizar a norma ASTM A380, Prática Padrão para Limpeza, Desincrustação e Passivação de Peças, Equipamentos e Sistemas de Aço Inoxidável. O teste inclui a limpeza da peça com uma solução de sulfato de cobre/ácido sulfúrico, mantendo-a úmida por 6 minutos e observando a formação de cobre. Alternativamente, a peça pode ser imersa na solução por 6 minutos. Se o ferro se dissolver, ocorre a formação de cobre. Este teste não se aplica às superfícies de peças de processamento de alimentos. Além disso, não deve ser utilizado em aços martensíticos da série 400 ou aços ferríticos com baixo teor de cromo, pois podem ocorrer resultados falso-positivos.
Historicamente, o teste de névoa salina a 5% a 35 °C (95 °F) também tem sido utilizado para avaliar amostras passivadas. Este teste é muito rigoroso para algumas cultivares e geralmente não é necessário para confirmar a eficácia da passivação.
Evite o uso de cloretos em excesso, que podem causar surtos perigosos. Sempre que possível, use apenas água de alta qualidade com menos de 50 partes por milhão (ppm) de cloreto. Água da torneira geralmente é suficiente e, em alguns casos, pode suportar até várias centenas de partes por milhão de cloretos.
É importante substituir o banho regularmente para não perder o potencial de passivação, o que pode levar a raios e danos às peças. O banho deve ser mantido na temperatura adequada, pois temperaturas descontroladas podem causar corrosão localizada.
É importante seguir um cronograma de troca de solução bem específico durante grandes séries de produção para minimizar a possibilidade de contaminação. Uma amostra de controle foi usada para testar a eficácia do banho. Se a amostra tiver sido atacada, é hora de substituir o banho.
Observe que algumas máquinas produzem apenas aço inoxidável; use o mesmo líquido de arrefecimento preferido para cortar aço inoxidável, excluindo todos os outros metais.
As peças do rack DO são usinadas separadamente para evitar o contato metal-metal. Isso é especialmente importante para a usinagem livre de aço inoxidável, pois soluções de passivação e lavagem de fácil fluidez são necessárias para difundir os produtos de corrosão por sulfeto e evitar a formação de bolsas de ácido.
Não passivar peças de aço inoxidável cementadas ou nitretadas. A resistência à corrosão das peças tratadas dessa forma pode ser reduzida a tal ponto que elas podem ser danificadas no banho de passivação.
Não utilize ferramentas de metal ferroso em condições de oficina que não sejam particularmente limpas. Lascas de aço podem ser evitadas com o uso de ferramentas de carboneto ou cerâmica.
Esteja ciente de que pode ocorrer corrosão no banho de passivação se a peça não tiver sido tratada termicamente adequadamente. Graus martensíticos com alto teor de carbono e cromo devem ser endurecidos para resistência à corrosão.
A passivação geralmente é realizada após revenimento subsequente em temperaturas que mantêm a resistência à corrosão.
Não negligencie a concentração de ácido nítrico no banho de passivação. Verificações periódicas devem ser feitas usando o procedimento simples de titulação sugerido por Carpenter. Não passivar mais de um aço inoxidável por vez. Isso evita confusões dispendiosas e previne reações galvânicas.
Sobre os autores: Terry A. DeBold é especialista em P&D de ligas de aço inoxidável e James W. Martin é especialista em metalurgia de barras na Carpenter Technology Corp.(Reading, Pensilvânia).
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