Bạn đã xác minh rằng các bộ phận được sản xuất theo thông số kỹ thuật. Bây giờ hãy đảm bảo bạn thực hiện các bước để bảo vệ các bộ phận này trong môi trường mà khách hàng của bạn mong đợi. #base
Thụ động hóa vẫn là một bước quan trọng trong việc tối đa hóa khả năng chống ăn mòn của các bộ phận và cụm lắp ráp được gia công từ thép không gỉ. Điều này có thể tạo ra sự khác biệt giữa hiệu suất đạt yêu cầu và hỏng hóc sớm. Thụ động hóa không đúng cách có thể gây ra ăn mòn.
Thụ động hóa là một kỹ thuật sau chế tạo giúp tối đa hóa khả năng chống ăn mòn vốn có của hợp kim thép không gỉ mà phôi được tạo ra. Đây không phải là quá trình tẩy cặn hoặc sơn.
Không có sự đồng thuận về cơ chế chính xác mà quá trình thụ động hóa hoạt động. Nhưng chắc chắn rằng có một lớp màng oxit bảo vệ trên bề mặt thép không gỉ thụ động. Lớp màng vô hình này được cho là cực kỳ mỏng, dày chưa đến 0,0000001 inch, tức là khoảng 1/100.000 độ dày của một sợi tóc người!
Một bộ phận thép không gỉ sạch, mới gia công, đánh bóng hoặc ngâm chua sẽ tự động có được lớp 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 nhà máy hoặc các hạt sắt từ dụng cụ cắt có thể bám vào bề mặt các bộ phận bằng thép không gỉ trong quá trình gia công. Nếu không được loại bỏ, các vật lạ này có thể làm giảm hiệu quả của lớp màng bảo vệ ban đầu.
Trong quá trình gia công, các vết sắt tự do có thể được loại bỏ khỏi dụng cụ và chuyển sang bề mặt của phôi thép không gỉ. Trong một số trường hợp, một lớp gỉ mỏng có thể xuất hiện trên bộ phận. Trên thực tế, đây là sự ăn mòn của thép dụng cụ, không phải kim loại cơ bản. Đôi khi các vết nứt từ các hạt thép nhúng từ dụng cụ cắt hoặc các sản phẩm ăn mòn của chúng có thể làm mòn chính bộ phận đó.
Tương tự như vậy, các hạt nhỏ của bụi bẩn luyện kim sắt có thể bám vào bề mặt của bộ phận. Mặc dù kim loại có thể trông sáng bóng khi hoàn thiện, nhưng sau khi tiếp xúc với không khí, các hạt sắt tự do vô hình có thể gây ra rỉ sét bề mặt.
Các sulfua lộ ra cũng có thể là một vấn đề. Chúng được tạo ra bằng cách thêm lưu huỳnh vào thép không gỉ để cải thiện khả năng gia công. Các sulfua làm tăng khả năng tạo phoi của hợp kim trong quá trình gia công, có thể loại bỏ hoàn toàn khỏi dụng cụ cắt. Nếu các bộ phận không được thụ động hóa đúng cách, các sulfua có thể trở thành điểm khởi đầu cho sự ăn mòn bề mặt của các sản phẩm công nghiệp.
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. Nó loại bỏ các chất gây ô nhiễm bề mặt như các hạt sắt và các hạt sắt trong các công cụ cắt có thể hình thành rỉ sét hoặc trở thành điểm khởi đầu cho quá trình ăn mòn. Quá trình thụ động hóa cũng loại bỏ các sunfua có trên bề mặt của hợp kim thép không gỉ cắt hở.
Quy trình hai bước mang lại khả năng chống ăn mòn tốt nhất: 1. Làm sạch, quy trình chính nhưng đôi khi bị bỏ qua 2. Ngâm axit hoặc thụ động hóa.
Vệ sinh luôn là ưu tiên hàng đầu. Bề mặt phải được làm sạch hoàn toàn khỏi dầu mỡ, chất làm mát hoặc các mảnh vụn khác để đảm bảo khả năng chống ăn mòn tối ưu. Có thể nhẹ nhàng lau sạch các mảnh vụn gia công hoặc bụi bẩn khác của nhà máy khỏi bộ phận. Có thể sử dụng chất tẩy nhờn hoặc chất tẩy rửa thương mại để loại bỏ dầu quy trình hoặc chất làm mát. Có thể cần loại bỏ các vật lạ như oxit nhiệt bằng các phương pháp như mài hoặc ngâm chua.
Đôi khi, người vận hành máy có thể bỏ qua bước vệ sinh cơ bản, nhầm tưởng rằng việc vệ sinh và thụ động hóa sẽ diễn ra cùng lúc, chỉ bằng cách nhúng bộ phận được bôi dầu vào bồn axit. Điều đó sẽ không xảy ra. Ngược lại, mỡ bị ô nhiễm phản ứng với axit để tạo thành bọt khí. Những bọt khí này tích tụ trên bề mặt phôi và cản trở quá trình thụ động hóa.
Tệ hơn nữa, sự nhiễm bẩn của dung dịch thụ động, đôi khi chứa nồng độ clorua cao, có thể gây ra “chớp sáng”. Ngược lại với việc tạo ra lớp màng oxit mong muốn với bề mặt sáng bóng, sạch sẽ, chống ăn mòn, khắc chớp sáng có thể dẫn đến hiện tượng khắc nghiêm trọng hoặc làm đen bề mặt—một sự suy giảm bề mặt mà thụ động được thiết kế để tối ưu hóa.
Các bộ phận thép không gỉ martensitic [từ tính, chống ăn mòn vừa phải, giới hạn chảy lên đến khoảng 280 nghìn psi (1930 MPa)] được tôi ở nhiệt độ cao và sau đó ram để cung cấp độ cứng và tính chất cơ học mong muốn. Hợp kim tôi kết tủa (có độ bền và khả năng chống ăn mòn tốt hơn các loại martensitic) có thể được xử lý bằng dung dịch, gia công một phần, làm già ở nhiệt độ thấp hơn và sau đó hoàn thiện.
Trong trường hợp này, bộ phận phải được làm sạch kỹ lưỡng bằng chất tẩy nhờn hoặc chất tẩy rửa trước khi xử lý nhiệt để loại bỏ mọi dấu vết của chất lỏng cắt. Nếu không, chất làm mát còn lại trên bộ phận có thể gây ra quá trình oxy hóa quá mức. Tình trạng này có thể khiến các vết lõm hình thành trên các bộ phận nhỏ hơn sau khi tẩy cặn bằng axit hoặc phương pháp mài mòn. Nếu chất làm mát còn sót lại trên các bộ phận cứng bóng, chẳng hạn như trong lò chân không hoặc trong môi trường bảo vệ, quá trình cacbon hóa bề mặt có thể xảy ra, dẫn đến mất khả năng chống ăn mòn.
Sau khi vệ sinh kỹ lưỡng, các bộ phận bằng thép không gỉ có thể được ngâm trong bồn axit thụ động. Có thể sử dụng bất kỳ phương pháp nào trong ba phương pháp – thụ động hóa bằng axit nitric, thụ động hóa bằng axit nitric với natri dicromat và thụ động hóa bằng axit citric. Phương pháp nào sử dụng phụ thuộc vào cấp thép không gỉ và tiêu chí chấp nhận được chỉ định.
Các loại niken crom chống ăn mòn tốt hơn có thể được thụ động hóa trong bể 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 bể axit nitric để làm cho dung dịch có tính oxy hóa cao hơn và có thể tạo thành lớp 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 thêm natri dicromat và nồng độ axit nitric cao hơn đều làm giảm khả năng xảy ra hiện tượng chớp sáng không mong muốn.
Quy trình thụ động hóa đối với thép không gỉ có thể gia công (cũng được thể hiện trong Hình 1) hơi khác so với quy trình đối với các loại thép không gỉ không thể gia công. Điều này là do trong quá trình thụ động hóa trong bồn axit nitric, một số hoặc tất cả các sulfua có chứa lưu huỳnh có thể gia công được sẽ bị loại bỏ, tạo ra sự không đồng nhất cực nhỏ trên bề mặt của phôi.
Ngay cả việc rửa bằng nước thông thường có hiệu quả cũng có thể để lại axit dư trong các điểm không liên tục này sau khi thụ động hóa. Axit này sẽ tấn công bề mặt của bộ phận nếu không 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 (Kiềm-Axit-Kiềm), giúp trung hòa axit còn sót lại. Phương pháp thụ động hóa này có thể hoàn thành trong vòng chưa đầy 2 giờ. Sau đây là quy trình từng bước:
Sau khi tẩy dầu mỡ, ngâm các bộ phận trong dung dịch natri hydroxit 5% ở nhiệt độ 160°F đến 180°F (71°C đến 82°C) trong 30 phút. Sau đó rửa sạch các bộ phận trong nước. Sau đó nhúng bộ phận trong dung dịch axit nitric 20% (v/v) có chứa 3 oz/gal (22 g/l) natri dicromat ở nhiệt độ 120°F đến 140°F (49°C đến 60°C). Sau khi lấy bộ phận ra khỏi bồn, rửa sạch bằng nước, sau đó nhúng vào dung dịch natri hydroxit trong 30 phút. Rửa sạch lại bộ phận bằng nước và lau khô, hoàn thành phương pháp AAA.
Quá trình thụ động hóa axit citric đang ngày càng trở nên phổ biến với các nhà sản xuất muốn tránh sử dụng axit khoáng hoặc dung dịch có chứa natri dicromat, cũng như các vấn đề về xử lý và các mối lo ngại về an toàn gia tăng liên quan đến việc sử dụng chúng. Axit citric được coi là thân thiện với môi trường ở mọi khía cạnh.
Trong khi thụ động hóa axit citric mang lại lợi ích hấp dẫn cho môi trường, các cửa hàng đã thành công với thụ động hóa axit vô cơ và không có lo ngại về an toàn có thể muốn tiếp tục. Nếu những người dùng này có một cửa hàng sạch sẽ, thiết bị trong tình trạng tốt và sạch sẽ, chất làm mát không có cặn sắt từ nhà máy và quy trình này mang lại kết quả tốt, có thể không thực sự cần thay đổi.
Thụ động hóa bằng bồn axit xitric được phát hiện là hữu ích cho nhiều loại thép không gỉ, bao gồm một số loại thép không gỉ riêng lẻ, như thể hiện trong Hình 2. Để thuận tiện, Hình 2.1 bao gồm phương pháp thụ động hóa truyền thống bằng axit nitric. Lưu ý rằng các công thức axit nitric cũ được biểu thị dưới dạng phần trăm theo thể tích, trong khi nồng độ axit xitric mới được biểu thị dưới dạng phần trăm theo khối lượng. Điều quan trọng cần lưu ý là khi thực hiện các quy trình này, cần cân bằng cẩn thận thời gian ngâm, nhiệt độ bồn và nồng độ để tránh hiện tượng “nhấp nháy” được mô tả ở trên.
Quá trình thụ động hóa thay đổi tùy thuộc vào hàm lượng crom và đặc điểm chế biến của từng loại. Lưu ý các cột cho Quy trình 1 hoặc Quy trình 2. Như thể hiện trong Hình 3, Quy trình 1 có ít bước hơn Quy trình 2.
Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã chỉ ra rằng quá trình thụ động hóa axit citric dễ bị “sôi” hơn quá trình axit nitric. Các yếu tố góp phần vào sự tấn công này bao gồm nhiệt độ bồn tắm quá cao, thời gian ngâm quá lâu và nhiễm bẩn bồn tắm. Các sản phẩm gốc axit citric có chứa chất ức chế ăn mòn và các chất phụ gia khác như tác nhân làm ướt có sẵn trên thị trường và được báo cáo là làm giảm khả năng “ăn mòn chớp nhoáng”.
Lựa chọn cuối cùng về phương pháp thụ động hóa sẽ phụ thuộc vào tiêu chí chấp nhận do khách hàng đặt ra. Xem ASTM A967 để biết chi tiết. Có thể truy cập tại www.astm.org.
Các thử nghiệm thường được thực hiện để đánh giá bề mặt của các bộ phận thụ động. Câu hỏi cần trả lời là "Liệu thụ động có loại bỏ sắt tự do và tối ưu hóa khả năng chống ăn mòn của hợp kim để cắt tự động không?"
Điều quan trọng là phương pháp kiểm tra phải phù hợp với lớp đang được đánh giá. Các bài kiểm tra quá nghiêm ngặt sẽ không đạt yêu cầu đối với các tài liệu tốt tuyệt đối, trong khi các bài kiểm tra quá yếu sẽ đạt yêu cầu đối với các phần không đạt yêu cầu.
Thép không gỉ dòng 400 dễ gia công và PH được đánh giá tốt nhất trong một buồng có khả năng duy trì độ ẩm 100% (mẫu ướt) trong 24 giờ ở nhiệt độ 95°F (35°C). Mặt cắt ngang thường là bề mặt quan trọng nhất, đặc biệt là đối với các cấp độ cắt tự do. Một lý do cho điều này là sunfua bị kéo theo hướng máy trên bề mặt này.
Các bề mặt quan trọng phải được định vị hướng lên trên, nhưng ở góc 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 xuất hiện các đốm nhỏ trên đó.
Các loại thép không gỉ Austenitic cũng có thể được đánh giá bằng thử nghiệm độ ẩm. Trong thử nghiệm này, các giọt nước phải có trên bề mặt mẫu, cho thấy sắt tự do bằng sự hiện diện của bất kỳ gỉ sét nào.
Các quy trình thụ động hóa cho thép không gỉ tự động và thủ công thường dùng trong dung dịch axit citric hoặc axit nitric đòi hỏi các quy trình khác nhau. Hình 3 bên dưới cung cấp thông tin chi tiết về lựa chọn quy trình.
(a) Điều chỉnh pH bằng natri hiđroxit. (b) Xem hình 3(c) Na2Cr2O7 là 3 oz/gal (22 g/L) natri dicromat trong axit nitric 20%. Một giải pháp thay thế cho hỗn hợp này là axit nitric 50% không có natri dicromat.
Một cách tiếp cận nhanh hơn là sử dụng 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 ướt trong 6 phút và quan sát lớp mạ đồng. Ngoài ra, bộ phận có thể được ngâm trong dung dịch trong 6 phút. Nếu sắt hòa tan, lớp mạ đồng sẽ xảy ra. Thử nghiệm này không áp dụng cho bề mặt của các bộ phận chế biến thực phẩm. Ngoài ra, không nên sử dụng trên thép martensitic loại 400 hoặc thép ferritic có hàm lượng crom thấp vì có thể xảy ra kết quả dương tính giả.
Theo truyền thống, thử nghiệm phun muối 5% ở nhiệt độ 95°F (35°C) cũng được sử dụng để đánh giá các mẫu thụ động. Thử nghiệm này quá nghiêm ngặt đối với một số giống cây trồng và thường không cần thiết để xác nhận hiệu quả của quá trình thụ động.
Tránh sử dụng quá nhiều clorua, có thể gây ra các đợt bùng phát nguy hiểm. Chỉ sử dụng nước chất lượng cao với hàm lượng clorua dưới 50 phần triệu (ppm) bất cứ khi nào có thể. Nước máy thường là đủ và trong một số trường hợp, nó có thể chịu được tới vài trăm phần triệu clorua.
Điều quan trọng là phải thay bồn tắm thường xuyên để không làm mất khả năng thụ động hóa, có thể dẫn đến sét đánh và làm hỏng các bộ phận. Bồn tắm phải được duy trì ở nhiệt độ thích hợp, vì nhiệt độ không được kiểm soát có thể gây ra sự ăn mòn cục bộ.
Điều quan trọng là phải tuân theo lịch trình thay đổi dung dịch rất cụ thể trong quá trình sản xuất hàng loạt để giảm thiểu khả năng nhiễm bẩn. Một mẫu kiểm soát đã được sử dụng để kiểm tra hiệu quả của bồn tắm. Nếu mẫu vật bị tấn công, đã đến lúc thay bồn tắm.
Xin lưu ý rằng một số máy chỉ sản xuất thép không gỉ; hãy sử dụng cùng một chất làm mát ưa thích để cắt thép không gỉ và loại trừ tất cả các kim loại khác.
Các bộ phận giá đỡ DO được gia công riêng biệt để tránh tiếp xúc kim loại với kim loại. Điều này đặc biệt quan trọng đối với gia công tự do thép không gỉ, vì cần có dung dịch thụ động và rửa trôi dễ chảy để khuếch tán các sản phẩm ăn mòn sunfua và ngăn ngừa sự hình thành các túi axit.
Không thụ động hóa các bộ phận thép không gỉ được thấm cacbon hoặc thấm nitơ. Khả năng chống ăn mòn của các bộ phận được xử lý theo cách này có thể giảm đến mức chúng có thể bị hư hỏng trong bồn thụ động hóa.
Không sử dụng các công cụ kim loại đen trong điều kiện xưởng không sạch sẽ. Có thể tránh được phoi thép bằng cách sử dụng các công cụ cacbua hoặc gốm.
Lưu ý rằng sự ăn mòn có thể xảy ra trong bồn thụ động hóa nếu bộ phận đó chưa được xử lý nhiệt đúng cách. Các loại thép Martensitic có hàm lượng cacbon và crom cao phải được tôi cứng để chống ăn mòn.
Quá trình thụ động hóa thường được thực hiện sau khi tôi luyện ở nhiệt độ vẫn duy trì được khả năng chống ăn mòn.
Không được bỏ qua nồng độ axit nitric trong bồn thụ động hóa. Nên kiểm tra định kỳ bằng cách sử dụng quy trình chuẩn độ đơn giản do Carpenter đề xuất. Không thụ động hóa nhiều hơn một loại thép không gỉ cùng một lúc. Điều này giúp tránh nhầm lẫn tốn kém và ngăn ngừa phản ứng điện hóa.
Về tác giả: Terry A. DeBold là Chuyên gia nghiên cứu và phát triển hợp kim thép không gỉ và James W. Martin là Chuyên gia luyện kim thanh tại Carpenter Technology Corp.(Đọc, Pennsylvania).
Giá bao nhiêu? Tôi cần bao nhiêu không gian? Tôi sẽ phải đối mặt với những vấn đề về môi trường nào? Đường cong học tập có dốc như thế nào? Anodizing chính xác là gì? Dưới đây là câu trả lời cho những câu hỏi ban đầu của các bậc thầy về anodizing nội thất.
Để có được kết quả nhất quán, chất lượng cao từ quy trình mài không tâm đòi hỏi phải có hiểu biết cơ bản. Hầu hết các vấn đề ứng dụng liên quan đến quá trình mài không tâm phát sinh từ việc thiếu hiểu biết về các nguyên tắc cơ bản. Bài viết này giải thích lý do tại sao quy trình không cần suy nghĩ lại có hiệu quả và cách sử dụng hiệu quả nhất trong xưởng của bạn.