Bạn đã đảm bảo rằng các bộ phận được gia công theo thông số kỹ thuật. Bây giờ, hãy đảm bảo rằng bạn đã thực hiện các bước để bảo vệ các bộ phận này trong điều kiện mà khách hàng của bạn mong đợi.#basic
Thụ động hóa vẫn là một bước quan trọng trong việc tối đa hóa khả năng chống ăn mòn cơ bản của các bộ phận và cụm máy không gỉ được gia công. Nó có thể tạo ra sự khác biệt giữa hiệu suất đạt yêu cầu và sự thất bại sớm. Thực hiện không đúng cách, quá trình thụ động hóa thực sự có thể gây ra ăn mòn.
Thụ động hóa là một phương pháp sau khi chế tạo giúp tối đa hóa khả năng chống ăn mòn vốn có của các hợp kim thép không gỉ tạo ra phôi. Đây không phải là phương pháp xử lý tẩy cặn, cũng không phải là phủ sơn.
Không có sự đồng thuận chung về cơ chế hoạt động chính xác của quá trình thụ động hóa. Nhưng chắc chắn rằng có một màng oxit bảo vệ trên bề mặt của thép không gỉ thụ động hóa. Lớp màng vô hình này được cho là cực kỳ mỏng, dày chưa đến 0,0000001 inch, bằng khoảng 1/100.000 độ dày của sợi tóc người!
Một bộ phận bằng thép không gỉ sạch, mới được gia công, đánh bóng hoặc ngâm sẽ tự động có được màng oxit này do tiếp xúc với oxy trong khí quyển. Trong điều kiện lý tưởng, lớp oxit bảo vệ này bao phủ hoàn toàn tất cả các bề mặt của bộ phận.
Tuy nhiên, trên thực tế, các chất gây ô nhiễm như bụi bẩn trong cửa hàng hoặc các hạt sắt từ dụng cụ cắt có thể chuyển sang bề mặt của các bộ phận bằng thép không gỉ trong quá trình gia công. Nếu không được loại bỏ, những dị vật này có thể làm giảm hiệu quả của lớp màng bảo vệ ban đầu.
Trong quá trình gia công, một lượng nhỏ sắt tự do có thể làm mòn dụng cụ và chuyển sang bề mặt của phôi gia công bằng thép không gỉ. Trong một số trường hợp, một lớp gỉ mỏng có thể xuất hiện trên bộ phận. Đây thực sự là sự ăn mòn thép do dụng cụ chứ không phải kim loại cơ bản. Đôi khi, các kẽ hở của các hạt thép nhúng từ dụng cụ cắt hoặc các sản phẩm ăn mòn của chúng có thể gây ra sự ăn mòn của chính bộ phận đó.
Tương tự như vậy, các hạt bụi bẩn nhỏ của cửa hàng kim loại màu có thể bám vào bề mặt của bộ phận. Mặc dù kim loại có thể trông sáng bóng ở trạng thái gia công, nhưng sau khi tiếp xúc với không khí, các hạt sắt tự do vô hình có thể gây gỉ bề mặt.
Sunfua tiếp xúc cũng có thể là một vấn đề. Chúng đến từ việc thêm lưu huỳnh vào thép không gỉ để cải thiện khả năng gia công. Sunfua làm tăng khả năng hình thành phoi của hợp kim trong quá trình gia công, có thể bị bong ra hoàn toàn khỏi dụng cụ cắt. Trừ khi các bộ phận được thụ động hóa đúng cách, sunfua có thể trở thành điểm khởi đầu cho sự ăn mòn bề mặt trên các sản phẩm được sản xuất.
Trong cả hai trường hợp, quá trình thụ động hóa là cần thiết để tối đa hóa khả năng chống ăn mòn tự nhiên của thép không gỉ. Quá trình thụ động hóa loại bỏ các chất gây ô nhiễm bề mặt, chẳng hạn như các hạt bụi bẩn cửa hàng kim loại màu và các hạt sắt trong dụng cụ cắt, có thể hình thành rỉ sét hoặc trở thành điểm khởi đầu cho sự ăn mòn. Quá trình thụ động hóa cũng loại bỏ sunfua tiếp xúc trên bề mặt của hợp kim thép không gỉ cắt tự do.
Quy trình gồm hai bước mang lại khả năng chống ăn mòn tốt nhất: 1. Làm sạch, quy trình cơ bản nhưng đôi khi bị bỏ qua;2. Tắm axit hoặc xử lý thụ động.
Việc làm sạch phải luôn là ưu tiên hàng đầu. Bề mặt phải được làm sạch hoàn toàn dầu mỡ, chất làm mát hoặc các mảnh vụn khác trong xưởng để chống ăn mòn tối ưu. Các mảnh vụn máy móc hoặc bụi bẩn khác trong xưởng có thể được lau cẩn thận khỏi bộ phận. Có thể sử dụng chất tẩy nhờn hoặc chất tẩy rửa thương mại để loại bỏ dầu xử lý hoặc chất làm mát. Có thể phải loại bỏ các chất lạ như oxit nhiệt bằng các phương pháp như mài hoặc tẩy.
Đôi khi, người vận hành máy có thể bỏ qua quá trình làm sạch cơ bản, nhầm tưởng rằng quá trình làm sạch và quá trình thụ động hóa sẽ diễn ra đồng thời bằng cách nhúng một bộ phận chứa đầy dầu mỡ vào bể axit. Điều đó sẽ không xảy ra. Ngược lại, dầu mỡ bị ô nhiễm sẽ phản ứng với axit để tạo thành bọt khí. Những bong bóng này tích tụ trên bề mặt phôi và cản trở quá trình thụ động hóa.
Tệ hơn nữa, sự nhiễm bẩn của các dung dịch thụ động hóa, đôi khi chứa nồng độ clorua cao, có thể gây ra hiện tượng "cháy sáng". Không giống như thu được màng oxit mong muốn với bề mặt bóng, sạch, chống ăn mòn, quá trình ăn mòn nhanh có thể dẫn đến bề mặt bị ăn mòn nhiều hoặc bị sẫm màu—sự xuống cấp của bề mặt mà quá trình thụ động hóa được thiết kế để tối ưu hóa.
Các bộ phận làm từ thép không gỉ martensitic [có từ tính, chống ăn mòn vừa phải, cường độ chảy lên đến khoảng 280 ksi (1930 MPa)] được làm cứng ở nhiệt độ cao và sau đó tôi luyện để đảm bảo độ cứng và tính chất cơ học mong muốn. Các hợp kim có thể làm cứng do kết tủa, có độ bền và khả năng chống ăn mòn tốt hơn hợp kim martensitic, có thể được xử lý bằng dung dịch, gia công một phần, già hóa ở nhiệt độ thấp hơn và sau đó được hoàn thiện.
Trong trường hợp này, bộ phận phải được làm sạch kỹ lưỡng bằng chất tẩy nhờn hoặc chất tẩy rửa để loại bỏ bất kỳ dấu vết nào của chất lỏng cắt gọt trước khi xử lý nhiệt. Nếu không, chất lỏng cắt gọt còn sót lại trên bộ phận có thể gây ra quá trình oxy hóa quá mức. Tình trạng này có thể khiến các bộ phận nhỏ hơn bị lõm sau khi lớp cặn đã được loại bỏ bằng axit hoặc phương pháp mài mòn. Nếu chất lỏng cắt gọt được phép lưu lại trên các bộ phận cứng sáng, chẳng hạn như trong lò chân không hoặc môi trường bảo vệ, thì quá trình cacbon hóa bề mặt có thể xảy ra, dẫn đến mất khả năng chống ăn mòn.
Sau khi làm sạch kỹ lưỡng, các bộ phận bằng thép không gỉ có thể được ngâm trong dung dịch axit thụ động hóa. Có thể sử dụng bất kỳ phương pháp nào trong ba phương pháp – thụ động hóa axit nitric, axit nitric với natri dicromat thụ động hóa và thụ động hóa axit xitric. Sử dụng phương pháp nào tùy thuộc vào loại thép không gỉ và các tiêu chí chấp nhận được chỉ định.
Các loại crom-niken chống ăn mòn cao hơn có thể được thụ động hóa trong dung dịch axit nitric 20% (v/v) (Hình 1). Như thể hiện trong bảng, thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn kém hơn có thể được thụ động hóa bằng cách thêm natri dicromat vào dung dịch axit nitric, làm cho dung dịch bị oxy hóa nhiều hơn và có thể tạo thành màng thụ động trên bề mặt kim loại. Một lựa chọn khác để thay thế axit nitric bằng natri cromat là tăng nồng độ axit nitric lên 50% theo thể tích. Cả việc bổ sung natri dicromat và nồng độ nitric cao hơn axit làm giảm cơ hội của đèn flash không mong muốn.
Quy trình thụ động hóa thép không gỉ gia công tự do (cũng được thể hiện trong Hình 1) hơi khác so với quy trình đối với các loại thép không gỉ không gia công tự do. Điều này là do trong quá trình thụ động hóa trong dung dịch axit nitric điển hình, một số hoặc tất cả sulfua cấp có thể gia công có chứa lưu huỳnh được loại bỏ, tạo ra các điểm gián đoạn cực nhỏ trên bề mặt của bộ phận được gia công.
Ngay cả khi rửa bằng nước hiệu quả nói chung cũng có thể để lại axit dư trong các điểm gián đoạn này sau khi thụ động hóa. Axit này sau đó sẽ tấn công bề mặt của bộ phận trừ khi nó được trung hòa hoặc loại bỏ.
Để thụ động hóa hiệu quả thép không gỉ dễ gia công, Carpenter đã phát triển quy trình AAA (Alkali-Acid-Alkali), giúp trung hòa axit dư. Phương pháp thụ động hóa này có thể hoàn thành trong vòng chưa đầy 2 giờ. Đây là quy trình từng bước:
Sau khi tẩy dầu mỡ, ngâm các bộ phận trong dung dịch natri hydroxit 5% ở 160°F đến 180°F (71°C đến 82°C) trong 30 phút. Sau đó rửa kỹ các bộ phận trong nước. Tiếp theo, ngâm bộ phận trong 30 phút trong dung dịch axit nitric 20% (v/v) chứa 3 oz/gal (22 g/l) natri dicromat ở 120°F đến 140°F (49°C) đến 6 0°C).Sau khi lấy bộ phận ra khỏi bồn tắm, rửa sạch bằng nước rồi ngâm vào dung dịch natri hydroxit trong 30 phút nữa. Rửa lại bộ phận bằng nước và lau khô, hoàn thành phương pháp AAA.
Sự thụ động hóa axit xitric ngày càng phổ biến với các nhà sản xuất muốn tránh sử dụng axit vô cơ hoặc dung dịch có chứa natri dicromat, cũng như các vấn đề về xử lý và mối quan tâm lớn hơn về an toàn liên quan đến việc sử dụng chúng. Axit xitric được coi là thân thiện với môi trường về mọi mặt.
Mặc dù quá trình thụ động hóa bằng axit xitric mang lại những lợi ích hấp dẫn về môi trường, nhưng các cửa hàng đã thành công với quá trình thụ động hóa bằng axit vô cơ và không có mối lo ngại nào về an toàn có thể muốn tiếp tục quá trình này. Nếu những người dùng này có một cửa hàng sạch sẽ, thiết bị sạch sẽ và được bảo trì tốt, chất làm mát không chứa sắt gây tắc nghẽn cửa hàng và một quy trình tạo ra kết quả tốt, thì có thể không cần thay đổi thực sự.
Quá trình thụ động hóa trong bể axit xitric đã được chứng minh là hữu ích đối với nhiều loại thép không gỉ, bao gồm một số loại thép không gỉ riêng lẻ, như trong Hình 2. Để thuận tiện, phương pháp thụ động hóa axit nitric truyền thống trong Hình 1 cũng được đưa vào. Lưu ý rằng các công thức axit nitric cũ hơn được biểu thị bằng phần trăm thể tích, trong khi nồng độ axit xitric mới hơn được biểu thị bằng phần trăm trọng lượng. Điều quan trọng cần lưu ý là khi thực hiện các quy trình này, việc cân bằng cẩn thận thời gian ngâm, nhiệt độ và nồng độ của bể ngâm là rất quan trọng để tránh hiện tượng "chớp nháy" được mô tả trước đó.
Các phương pháp xử lý thụ động hóa khác nhau tùy theo hàm lượng crom và đặc điểm gia công của từng loại. Lưu ý các cột tham chiếu Quy trình 1 hoặc Quy trình 2. Như được minh họa trong Hình 3, Quy trình 1 bao gồm ít bước hơn Quy trình 2.
Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã chỉ ra rằng quá trình thụ động hóa bằng axit xitric dễ bị "cháy" hơn so với quy trình bằng axit nitric. Các yếu tố góp phần gây ra sự tấn công này bao gồm nhiệt độ bể quá cao, thời gian ngâm quá lâu và nhiễm bẩn trong bể. Các sản phẩm axit xitric có chứa chất ức chế ăn mòn và các chất phụ gia khác như chất làm ướt có sẵn trên thị trường và được báo cáo là làm giảm tính nhạy cảm đối với "sự ăn mòn nhanh".
Lựa chọn cuối cùng của phương pháp thụ động hóa sẽ phụ thuộc vào tiêu chí chấp nhận do khách hàng áp đặt. Xem chi tiết theo tiêu chuẩn ASTM A967. Có thể truy cập tại www.astm.org.
Các thử nghiệm thường được thực hiện để đánh giá bề mặt của các bộ phận được thụ động hóa. Câu hỏi cần trả lời là: “Việc thụ động hóa có loại bỏ sắt tự do và tối ưu hóa khả năng chống ăn mòn của các lớp cắt tự do không?”
Điều quan trọng là phương pháp kiểm tra phải phù hợp với cấp độ được đánh giá. Các bài kiểm tra quá nghiêm ngặt sẽ đánh rớt những vật liệu hoàn toàn tốt, trong khi các bài kiểm tra quá lỏng lẻo sẽ cho ra những phần không đạt yêu cầu.
Thép không gỉ gia công tự do và làm cứng kết tủa sê-ri 400 được đánh giá tốt nhất trong tủ có khả năng duy trì độ ẩm 100% (mẫu ướt) trong 24 giờ ở 95°F (35°C). Mặt cắt ngang thường là bề mặt quan trọng nhất, đặc biệt đối với các loại cắt tự do. Một lý do cho điều này là sulfua bị kéo dài theo hướng máy, cắt ngang bề mặt này.
Các bề mặt quan trọng nên được đặt hướng lên trên, nhưng nghiêng từ 15 đến 20 độ so với phương thẳng đứng để thoát hơi ẩm. Vật liệu được thụ động hóa đúng cách sẽ khó bị rỉ sét, mặc dù có thể có một số vết ố nhẹ.
Các loại thép không gỉ Austenitic cũng có thể được đánh giá bằng cách kiểm tra độ ẩm. Khi kiểm tra như vậy, các giọt nước sẽ xuất hiện trên bề mặt của mẫu, cho thấy sắt tự do có bất kỳ vết gỉ nào.
Quy trình thụ động hóa thép không gỉ cắt tự do và không cắt tự do thường được sử dụng trong dung dịch axit xitric hoặc axit nitric yêu cầu các quy trình khác nhau. Hình 3 bên dưới cung cấp chi tiết về lựa chọn quy trình.
(a) Điều chỉnh độ pH bằng natri hydroxit. (b) Xem Hình 3 (c) Na2Cr2O7 đại diện cho 3 oz/gallon (22 g/l) natri dicromat trong axit nitric 20%. Một chất thay thế cho hỗn hợp này là axit nitric 50% không có natri dicromat
Một phương pháp nhanh hơn là sử dụng dung dịch trong tiêu chuẩn ASTM A380, "Thực hành tiêu chuẩn để làm sạch, tẩy cặn và thụ động hóa các bộ phận, thiết bị và hệ thống bằng thép không gỉ". Thử nghiệm bao gồm lau bộ phận bằng dung dịch đồng sunfat/axit sunfuric, giữ ẩm trong 6 phút và quan sát lớp mạ đồng. Ngoài ra, có thể ngâm bộ phận đó vào dung dịch trong 6 phút. Nếu sắt hòa tan, lớp mạ đồng sẽ xuất hiện. Thử nghiệm này không nên được sử dụng trên bề mặt của các bộ phận chế biến thực phẩm. Ngoài ra, không nên sử dụng phương pháp này. đối với thép ferritic dòng 400 hoặc thép crôm thấp vì có thể xảy ra kết quả dương tính giả.
Trước đây, thử nghiệm phun muối 5% ở 95°F (35°C) cũng đã được sử dụng để đánh giá các mẫu bị thụ động hóa. Thử nghiệm này quá nghiêm ngặt đối với một số loại và thường không bắt buộc phải xác nhận rằng quá trình thụ động hóa có hiệu quả.
Tránh sử dụng lượng clorua dư thừa, có thể gây ra các cuộc tấn công chớp nhoáng có hại. Nếu có thể, chỉ sử dụng nước chất lượng cao có ít hơn 50 phần triệu (ppm) clorua. Nước máy thường là đủ và có thể chịu được tới vài trăm ppm clorua trong một số trường hợp.
Điều quan trọng là phải thay bồn tắm thường xuyên để tránh mất khả năng thụ động hóa có thể dẫn đến hiện tượng phóng điện bề mặt và các bộ phận bị hư hỏng. Bồn tắm nên được duy trì ở nhiệt độ thích hợp, vì nhiệt độ quá cao có thể gây ăn mòn cục bộ.
Điều quan trọng là phải duy trì một lịch trình thay đổi dung dịch rất cụ thể trong suốt quá trình sản xuất cao để giảm thiểu khả năng nhiễm bẩn. Một mẫu kiểm soát đã được sử dụng để kiểm tra hiệu quả của bể ngâm. Nếu mẫu bị tấn công, đã đến lúc thay bể ngâm.
Vui lòng xác định rằng một số máy chỉ làm bằng thép không gỉ;sử dụng cùng loại chất làm mát ưu tiên để cắt thép không gỉ, ngoại trừ tất cả các kim loại khác.
Các bộ phận của giá đỡ DO được xử lý riêng lẻ để tránh tiếp xúc giữa kim loại với kim loại. Điều này đặc biệt quan trọng đối với thép không gỉ gia công tự do, vì các dung dịch thụ động và xả chảy tự do được yêu cầu để khuếch tán các sản phẩm ăn mòn trong sunfua và tránh hình thành túi axit.
Không thụ động hóa các bộ phận bằng thép không gỉ được thấm cacbon hoặc thấm nitơ. Khả năng chống ăn mòn của các bộ phận được xử lý như vậy có thể giảm đến mức chúng sẽ bị tấn công trong bể thụ động hóa.
Không sử dụng các công cụ bằng kim loại màu trong môi trường nhà xưởng không đặc biệt sạch sẽ. Có thể tránh được sạn thép bằng cách sử dụng các công cụ bằng cacbua hoặc gốm.
Đừng quên rằng sự ăn mòn có thể xảy ra trong bể thụ động nếu bộ phận không được xử lý nhiệt đúng cách. Các loại martensitic có hàm lượng carbon cao, crom cao phải được làm cứng để chống ăn mòn.
Quá trình thụ động hóa thường được thực hiện sau quá trình ủ tiếp theo bằng cách sử dụng nhiệt độ duy trì khả năng chống ăn mòn.
Đừng bỏ qua nồng độ axit nitric trong dung dịch thụ động hóa. Nên kiểm tra định kỳ bằng cách sử dụng quy trình chuẩn độ đơn giản do Carpenter cung cấp. Không thụ động hóa nhiều loại thép không gỉ cùng một lúc. Điều này tránh nhầm lẫn tốn kém và tránh các phản ứng điện hóa.
Về các tác giả: Terry A. DeBold là chuyên gia nghiên cứu và phát triển hợp kim thép không gỉ và James W. Martin là nhà luyện kim thanh tại Carpenter Technology Corp. (Reading, PA).
Trong một thế giới với các thông số kỹ thuật hoàn thiện bề mặt ngày càng nghiêm ngặt, các phép đo “độ nhám” đơn giản vẫn hữu ích. Hãy xem lý do tại sao phép đo bề mặt lại quan trọng và cách kiểm tra nó tại xưởng sản xuất bằng các máy đo di động tinh vi.
Bạn có chắc là bạn có hạt dao tốt nhất cho nguyên công tiện này không? Hãy kiểm tra phoi, đặc biệt nếu không được giám sát. Các đặc điểm phoi có thể cho bạn biết nhiều điều.