Химическое пассивирование нержавеющих сталей

Химическое пассивирование нержавеющей стали

Во многих сферах промышленности, строительства и ремонта используются инструменты, крепежи и метизы из нержавеющей стали. Но несмотря на то, что данный материал обладает повышенной устойчивостью к образованию коррозии, все же в некоторых случаях ржавчина может проявиться. Для предотвращения этого необходимо принятие дополнительных мер – химическое пассирование изделий.

Что такое пассивация?

Процесс пассивации позволяет вернуть нержавеющей стали свои первоначальные свойства, дополнительно защищая ее от воздействия многих внешних факторов. Это специальная химическая обработка металлических изделий, после проведения которой на их поверхности образуется специальное защитное покрытие. При взаимодействии с концентрированными кислотами на нержавеющей стали появляется малозаметная пленка. Этот процесс и называется пассивацией.

Прибегают к данному методу как для дополнительной обработки во время производства изделий, так и для восстановления основных свойств деталей из нержавейки.

Зачем это необходимо?

Лист нержавеющей стали имеет на своей поверхности очень тонкую оксидную пленку. Именно она и препятствует образованию ржавчины на деталях, крепежах, метизах, изготовленных из этого материала. Но малейшее нарушение целостности этого покрытия приводит к тому, что основные антикоррозийные свойства нержавейки утрачиваются. Причины повреждения оксидной пленки могут быть самыми разными:

при контакте материала с хлором; при взаимодействии стали с морской водой; в случае повреждений механическим или физическим путем, в том числе при царапинах и незначительных вмятинах.

Поэтому важно соблюдать условия эксплуатации, которые регламентированы заводами-производителями тех или иных изделий (столовых приборов, крепежей, метизов, рабочих инструментов, цельных листов и проч.). Запрещается использовать моющие средства, имеющие в своем содержании хлор и иные агрессивные химические вещества.

Но самый большой ущерб оксидной пленке наносит сварка. Особенно это губительно в случае сварки труб. В такой ситуации защитная поверхность разрушается вдоль всего шва. Для восстановления поверхностей и защиты изделий от образования ржавчины применяется пассивация стали. Но здесь еще не менее важную роль играет и состав нержавейки.

Классификация нержавеющей стали

Антикоррозийные свойства нержавейки напрямую зависят от ее состава. Исходя из этого данную сталь маркируют. Классификация позволяет различать каждый тип нержавеющего металла по гибкости, твердости, степени антикоррозийной защиты. В зависимости от состава и своего назначения различают:

мартенситные стали. Из них обычно изготавливаются ножи (в том числе и для пищевой промышленности), турбины. Эта сталь, имея в своем содержании большое процентное соотношение хрома, очень твердая; ферритные материалы. Количество хрома в такой стали превышает предыдущее значение на 3-4%. Этот материал имеет высокую устойчивость фосфорной кислоты, аммиачной селитры и азотной кислоты; аустенитные стали. Этот вид нержавеющей стали весьма пластичный. Часто его используют в машиностроении; дуплексные или ферро-аустенитные металлы. Это очень прочные, но вместе с тем пластичные нержавеющие материалы.

Исходя из состава нержавейки, можно определить, есть ли необходимость в дополнительной обработке изделий или нет. От этого же зависит и вероятность образования коррозии на поверхности элементов, изготовленных из этого вида стали.

Технология и методы

Существуют различные методы обработки нержавейки. Но выделяют два основных способа пассивации стали:

Травление химическими кислотами (концентратами) на отдельных участках. Эта технология часто применяется для обработки сварных швов, но допускается и в других случаях. Этот процесс имеет различные варианты последовательности обработки. Различаются они как по составу химических веществ, так и по времени проведения работ. Самым распространенным способом в этом случае является электролитическое травление. Эта технология заключается в том, что изделие из нержавеющей стали помещают в специально подготовленную ванну, состоящую из концентрированных кислот. Через этот состав пропускается электрический ток (переменный или постоянный). Металл играет роль либо катода, либо анода. Подаваемый ток оказывает механическое воздействие на сталь, благодаря чему происходит выделение водорода или газообразного кислорода. Это помогает отделению окисной пленки на поверхности изделия. Травления готовыми смесями кислот. Они могут быть изготовлены в виде паст, гелей, спреев, концентратов. Этот способ наиболее удобен.

Независимо от того, какой метод применяется для пассивирования нержавеющей стали, важно соблюдать последовательность выполнения работ.

Этапы химического пассивирования

В процессе формирования однородной инертной пленки на поверхности изделий из нержавейки важно учитывать особенности состава стали и степень повреждения защитного покрытия. Химическое пассивирование сегодня является неотъемлемой частью в работе с нержавеющими материалами. Это позволяет продлить срок их службы, избавиться от ржавчины и повреждений, а также предотвратить образование коррозии. Во время проведения работ по пассивации следует соблюдать поочередность этапов:

Сначала осуществляется очистка материалов от загрязнений. Удаляются жирные пятна, ржавчина и прочие налеты. При технологии травления химическими кислотами изделие погружают в ванну со смесью соляной кислоты и серной. При температуре от 60 до 80 градусов сталь здесь выдерживается в течение 20-40 минут. Если применяется метод травления готовыми смесями кислот, то для очистки используются специальные концентрированные составы (пасты, гели, спреи), которые наносятся на поверхность стали ручным способом. Химикат оставляют ориентировочно на 30 минут. Затем проводится тщательная промывка изделий водой. Начинается процесс пассивации. В первом случае сталь погружают в кислотную ванну. Во втором – наносят гели, пасты, спреи и прочие готовые химические составы на поверхность изделия. В случае с готовыми средствами предусмотрен еще один этап – обработка пассиватором. Это позволяет обеспечить принудительное образование оксидной пленки на нержавеющей стали. Последний этап состоит из тщательной промывки изделия.

Состав нержавеющей стали и марка играют далеко не последнюю роль во внешнем виде изделия после химического пассивирования. Некоторые виды имеют темный цвет, другие же более светлый. Но независимо от этого данный способ обработки стали имеет целый перечень преимуществ:

улучшается сопротивление к образованию коррозии; происходит равномерное сглаживание поверхности изделия; удаляются заусенцы, царапины, вмятины; срок службы изделий значительно увеличивается.

Где можно заказать услугу?

Данную процедуру должны проводить компетентные специалисты, имеющие большой опыт и определенные знания в этой области. В нашей компании работают настоящие профессионалы своего дела. Мы осуществляем химическое пассивирование нержавеющей стали, учитывая особенности ее состава, степень повреждения и размер изделия. Все работы осуществляются в специально отведенном месте и с соблюдением всех требований по технике безопасности.

Химическое и электрохимическое пассивирование металла для восстановления защитного оксидного слоя

Явление пассивации

Для заказа услуг по пассивации нержавейки заполните нижеследующую форму либо обратитесь к нашей статье в разделе «Услуги»: Травление и пассивация нержавеющей стали.

Коррозионная стойкость нержавеющих сталей и других металлов строго зависит от состояния их поверхности и, в частности, от наличия или отсутствия на их поверхности слоя оксидов указанного пассивного слоя. Изменения, которые происходят на поверхности нержавеющей стали, определяются как явления пассивации. Если эти явления приводят к снижению скорости коррозии, то можно сказать, что на поверхности нержавеющей стали присутствует защитный слой пассивации.

Пассивный слой на поверхности нержавеющей стали имеет химический состав, который особенно отличается от его основного состава:

  • Около 65% Cr + оксид хрома;
  • Около 35% Fe + оксид железа.

Молибден и никель имеют очень низкий процент в пассивном слое.

Не всегда вмешательство пассивных явлений приводит к пассивным условиям. В случае нержавеющих сталей цветные оксидные пленки, которые наблюдаются во время фазы сварки, или черные чешуйки, которые образуются во время горячей прокатки, являются менее защищенными от поверхности оксидной пленки, которая образуется на поверхности металла.

Обычно защитный оксидный слой часто составляет около 1,5-2,5 нм и легко виден через специальные и дорогие микроскопы (ПЭМ). Термин «пассивация» происходит от того факта, что хром имеет сильное родство с кислородом. Когда сталь находится в контакте с обогащенной кислородом средой, хром очень химически активен и имеет тенденцию образовывать очень стабильные оксиды и гидроксиды. Эти соединения являются защитными, потому что они подавляют нежелательные реакции, которые могут привести к коррозии нержавеющей стали. Таким образом, коррозионная стойкость нержавеющей стали проистекает из того факта, что процент хрома в нем равен или превышает примерно 18%. Таким образом, нержавеющая сталь имеет возможность локально распределять некоторые частицы хрома по поверхности с образованием оксидов, которые повышают коррозионную стойкость нержавеющей стали. Пассивный слой, который образуется на поверхности нержавеющей стали, оснащен электронной проводимостью, после чего он может генерировать химические окислительно-восстановительные процессы с кислородом, которые могут остановить коррозийный контур.

Качество пассивного слоя

Процентное содержание хрома и других веществ, присутствующих в стали, является одним из параметров, влияющих на качество пассивного слоя. Сталь серии AISI 200 будет иметь более низкую коррозионную стойкость по сравнению с AISI 300, потому что, имея более низкую концентрацию никеля, не обладает способностью быстро восстанавливать пассивный слой после, например, процессов истирания и/или травления.

Другим ключевым параметром, определяющим качество пассивного слоя, является обработка поверхности нержавеющей стали. Очень часто для повышения коррозионной стойкости нержавеющая сталь электрохимически полируется. Этот процесс обеспечивает:

  • Микроструктуру зерна в пассивном слое, она становится гладкая и однородная;
  • Уменьшение шероховатости, которая предотвращает адгезию загрязнений на стальной поверхности;
  • Увеличение миграции атомов хрома на поверхность;
  • Увеличение толщины пассивного слоя за счет лучшего химического взаимодействия с кислородом в окружающей среде.

Если поверхность подверглась механическому истиранию (например, сатинированию):

  • Микроструктура не является однородной;
  • Это обеспечивает загрязнения абразивными веществами, которые сцепляются на поверхности, становясь точками для потенциальной питтинговой (точечной) коррозии;
  • Уменьшение толщины пассивного слоя.
Читайте также  Как просверлить твердую сталь

Конструкция пассивного слоя также зависит от термодинамических характеристик (температура, окислительная среда и т.д.), которые позволяют регулировать пассивный слой для получения стабильного и долговечного слоя с течением времени.

Во время стандартной обработки качество пассивного слоя зависит от:

  • Чистого воздуха;
  • Чистой воды;
  • Пассивации в концентрированной азотной кислоте 5-30%.

Факторы, перечисленные выше, определяют время пассивации нержавеющей стали:

  • Чистый воздух: около 48-96 часов;
  • Чистая вода: около 6-15 часов;
  • Пассивация в концентрированной азотной кислоте при 5-30%: около 30-120 минут.

Наконец, качество пассивного слоя определяется процентным содержанием легирующих веществ внутри стали и термодинамическими условиями окружающей среды, способствующими образованию компактного и химически стабильного слоя. Время пассивации определяется различными средами, в которых сталь подвергается воздействию. Электрополировка нержавеющей стали – лучшая операция для получения однородной поверхности, свободной от загрязнений и пассивации.

Ниже представлен брелок из матовой нержавеющей стали, половина его обработана электрохимической полировкой в ванне.

Пассивация нержавеющей стали – нужна ли дополнительная защита?

Большинство уверено, что заниматься пассивацией нержавеющей стали – пустая трата времени, ведь поверхность изделий уже инактивирована. Однако в некоторых случаях это крайне необходимо, попробуем переубедить скептиков.

1 Почему нержавейка устойчива к коррозии?

Коррозия стали характеризуется разрушением ее поверхностного слоя под воздействием агрессивных сред, а иногда и при контакте с привычной нам атмосферой. Окисление происходит с каждым вновь открывающимся слоем, пробираясь вглубь. Постепенно деталь разрушается полностью. Чтобы не пытаться спасать такие изделия при появлении очагов коррозии, а то и вовсе не производить замену деталей, был разработан способ защиты – пассивирование. Именно так и появилась всем известная нержавейка.

Сталь содержит в себе множество добавок. Кобальт, никель, ниобий, титан, молибден, марганец – все они помогают добиться различных механических и физических свойств сплава. В составе в существенном количестве присутствует и хром (Cr), именно от него зависит коррозионная стойкость стали.

Хром – одна из главных легирующих добавок, содержание его варьируется от 12 до 20 %. Как раз эта цифра и определяет степень пассивности сплава.

Нержавейка с 12 % хрома будет устойчива только к атмосферным окислителям (в первую очередь кислороду воздуха). При 17 % сплав выдержит значительно более агрессивные среды, например, азотную кислоту. Если требуется еще более устойчивый материал, тогда увеличивают содержание никеля, молибдена, меди и прочих добавок, еще в некоторой степени усиливающих коррозионную пассивность. Высокоагрессивными средами считаются соляная, серная и прочие схожие по свойствам кислоты.

Но содержание легирующих элементов в нужной пропорции не единственное требование к стали, чтобы она могла называться нержавеющей. Поверхность детали должна быть без повреждений, у внешнего слоя желателен однородный химический состав. Ведь устойчивость к коррозии определяется наличием оксидной пленки, в основном CrO. Ее прерывистость или различная толщина из-за неоднородности химического состава сплава сводит на нет защитные качества.

2 Почему коррозия все-таки одолевает нержавеющую сталь?

Несмотря на изложенную картину, нержавейка подвергается коррозии. Ржавчина на ее поверхности приводит в недоумение людей, кто не совсем знаком с химической природой этого явления. Многие начинают сомневаться, нержавейка ли это вовсе? Но даже вполне настоящая пассивированная сталь может подвергаться различного рода коррозии. И причин этому немало.

Первой и вполне очевидной будет недостаток хрома или его неравномерность в структуре сплава. Также контакты с менее устойчивыми разновидностями стали (углеродистой, например) вызовут процесс ржавления. Часто детали подвергаются сварке, и даже если изначально нержавейка была очень высокого качества, после такой обработки она начинает корродировать. Обычно это легко предупредить зачисткой и полировкой поверхности шва, чтобы там не осталось даже следовых количеств сварочных материалов, например, частичек железа (Fe).

Занести нежелательные количества железа в структуру нержавейки можно и другими способами. Если рядом с ней пилят, режут, шлифуют обычную сталь, то пыль с Fe обязательно достигнет ее и запустит процесс коррозии. Но даже все предусмотрев и изолировав ваши детали, вы можете забыть, что когда-то использовали для обычной стали определенный шлифовальный круг и решите им обработать нержавеющую. Это обернется коррозией. Да и любой другой инструмент должен применяться на однотипных материалах, например, только на нержавейке.

После сварки часто нужна очистка шва, делают это металлической щеткой, лучше завести такое приспособление для низколегированных сплавов и нержавейки отдельно. К слову, любые деструктивные поверхностные обработки существенно приближают появление коррозии, так что частить с этим не рекомендуется. Если все-таки пришлось заниматься механической очисткой, то проверьте, осталась ли на детали железная пыль и не появились ли повреждения оксидной пленки. На производстве при наличии лаборатории это можно сделать за пару минут с помощью химреактивов – воды, азотной кислоты и ферроцианида калия. Места с включениями свободного железа станут синие. В другом случае потребуется несколько часов и простая вода из крана. Нужно всего лишь смочить поверхность и дать постоять, проблемные зоны начнут ржаветь.

Сварочный шов действительно слабое место у нержавеющей стали. Поэтому его обязательно зачищают, отмывают от остатков рабочих материалов (флюса, брызг и т.д.), полируют и пассивируют препаратами на основе кислот. Такие реактивы можно найти в продаже. Обычно основу их составляет азотная кислота, в определенной концентрации она приводит к образованию химически пассивной оксидной пленки.

3 Многоликая коррозия

Количество причин, по которым нержавеющая сталь начинает корродировать, кажется небольшим. Но на химическом уровне происходят куда более разнообразные процессы. Коррозия, оказывается, бывает разной природы. Рассмотрев основные виды, мы будем предупреждены обо всех слабых местах этого сплава. Самый частый и неожиданный способ испортить нержавейку – чистящие средства. Многие хозяйки не предполагают, что хлорсодержащая бытовая химия очень быстро разрушает защитную пленку на посуде из этого сплава. Так что следует иметь на вооружении специальное чистящее средство. Такая коррозия называется общей, потому что происходит по всей поверхности.

Щелевой тип поражения сплава знаком тем, кто работает с конструкциями из этого материала. Если детали плотно соприкасаются, рано или поздно между ними начинается ржавление. Часто поражаются крепежи. Точечная или питтинговая коррозия возникает при механическом повреждении поверхности детали. Причина очевидна, сбитая пленка открывает доступ к незащищенной стали. Гальванические процессы вызывают одноименную коррозию. Для их возникновения нужна токопроводящая среда и разнородные металлы, одним из участников и будет нержавейка. Это очень частая причина порчи деталей в морской воде. Поэтому на конструкторов всегда ложится удвоенная ответственность, нужно исключить контакт нержавеющей стали с другими низколегированными сплавами.

И опять сварка. Большая температура этого процесса запускает межкристаллитную коррозию. Это очень коварная разновидность ржавления, начинается она еще на уровне кристаллической решетки, двигаясь вдоль границ кристаллов. Она может быть и не так заметна со стороны, но внутри точит изделие, со временем приводя к потере прочности. Напоследок скажем об эрозивной коррозии. Это неизбежно происходит в тех случаях, когда деталь из нержавеющей стали находится под воздействием непрерывного потока абразивного раствора. Жидкость просто уносит частички пленки, а новая не успевает образовываться.

4 Зачем, когда и как пассивировать нержавейку?

Как видно, нержавеющая сталь идеально будет служить при отсутствии других материалов и без механических воздействий. Но это возможно разве только в музее. Конструкции всегда находятся в работе, а часто и в крайне агрессивной среде. Вот тогда даже нержавеющей стали нужно дополнительное пассивирование. Например, очень часто такую обработку просят сделать для труб, крепежей, обшивки погружных морских конструкций. Но всегда ли уместно это делать?

Для успокоения совести, конечно, можно производить такие операции всегда, как только возникает подозрение на неспособность нержавейки противостоять будущим воздействиям рабочих сред. Но специалисты убеждены, что такая обработка будет лишней во многих случаях. Во-первых, нужно проанализировать возможные химические процессы, иногда вашим конструкциям ничего не грозит, а дополнительная пассивация только ухудшит состояние сплава.

Во-вторых, нужно иметь возможность контролировать процесс пассивирования нержавеющей стали, чтобы получить равномерное и цельное покрытие. Например, это очень проблематично в случае труб, ведь проверить состояние поверхности внутри почти невозможно. Может оказаться, что где-то участок был обработан недостаточно, и коррозия все равно произойдет. Поэтому пассивирование уместно в тех случаях, когда защитить нужно внешнюю сторону детали.

Сам процесс имеет, конечно, химическую природу. Состав обрабатывающего средства зависит от марки нержавеющей стали, вернее, ориентирован на процентное содержание хрома. Сплавы, где этого элемента 16 % и более, пассивируются раствором азотной кислоты (20–50 %). Выдерживать следует 30–60 минут при 40 °С. Не подходит такое пассивирование для сталей марки AISI 303. Если в нержавейке хрома менее 16 %, то условия и реагенты те же, только время выдержки должно быть не менее 60 минут. Такой режим не подходит для стали AISI 416. Для перечисленных исключений (AISI 303 и 416) и марки 430F лучше использовать указанную азотную кислоту и раствор бихромата натрия (2–6 %), температура при этом не выше 50 °С, а время выдержки 25–40 минут.

Электролитическое и химическое пассивирование металлов

Пассивирование, (или пассивация) металлов является особой обработкой, в ходе которой внешний слой материала приобретает новые свойства, делающие металлы похожим на благородные – то есть не поддающимися окислению и каким-либо другим негативно влияющим на него действиям.

В ходе обработки получаются оксидные плёнки на поверхности. И если эта плёнка не будет как-то нарушена грубым физическим воздействием, то любой метал, ранее требовавших особых условий эксплуатации, делается перед ними защищённым и стойким.

Читайте также  Классификация сталей по степени раскисления

Суть и описание процесса

Для защиты от коррозии или других видов химических разрушений на поверхности металла формируют фазовый или адсорбционный слой (плёнку). Технически это выглядит как нанесение такого защитного покрытия с помощью специальных растворов (химическое пассивирование) или к созданию защитного барьера прибегают другими способами (электролитическая пассивация).

Электролитическая является более предпочтительной как химически более стойкая.

Целью процесса является снижение химической активности металлов с возможностью их сохранения. Ведь убытки от коррозии как от атмосферных воздействий, так и от реагентов в технологических процессах во всём мире может достигать величин десятков миллиардов долларов. И для защиты этих металлов практически к каждому из них придуман свой механизм нанесения защитных слоёв (потому что универсальных методов не существует, каждый металл требует своего подхода). На практике это вылилось в разработку особых режимов воздействия, уникальных составов электролитов и расчёта напряжения и силы тока для каждого конкретного случая нанесения плёнок на металл.

Пассивирование металла можно рассматривать как образование своего рода ржавчины на его поверхности. Только «ржавчина» эта рукотворная и с заранее заданными свойствами.

Химическая пассивация

Это обработка металлов растворами соединений, которые способны быстро образовать оксидную поверхность. Но чтобы процесс не пошёл вглубь, особенно активно разрушая слабые места в кристаллических решётках металлов. На определённой стадии его останавливают, применяя вещества-нейтрализаторы, а затем подвергая металл промывке в разных средах и при разной температуре.

Типичная картина может выглядеть так:

  • зачистка поверхности металла, предназначенного для пассивации, абразивными материалами;
  • обезжиривание поверхности едким натром или кальцинированной содой;
  • удаление обезжиривающий веществ вместе с растворёнными ими соединениями напором горячей, а затем холодной воды;
  • пассивирование подходящим к данному металлу составом в заранее рассчитанном времени»
  • нейтрализация химического реагента-пассиватора кальцинированной содой;
  • промывка в проточной холодной воде»
  • сушка обдувом тёплого или горячего воздуха;
  • визуальный и инструментальный контроль поверхности, в т. ч. и с помощью оптических датчиков, настроенных на типичную структуру получившейся оксидной плёнки.

При неудовлетворительном качестве полученных результатов процесс повторяют, начиная с абразивной зачистки.

Электролитическая пассивация

Основана на свойстве металлов переходить через электролит с приложенным напряжением на поверхность обрабатываемого металла. Для каждого конкретного вида металла подбирается присущий только ему электролит. А в качестве анода также используется металл, подходящий по своим физико-химическим показателям.

При анодной пассивации поляризующий ток должен превысить некоторую критическую величину, при которой природа металл, электролита, его температура и концентрация начинают работать на покрытие погружённого в ванну металла защитной плёнкой. Которая не даёт возникнуть обратному «ионному току». Этот момент и является началом образования «непробиваемого» оксидного слоя, перед которым оказываются бессильными вещества-окислители. Кроме самых агрессивных, для которых будут предусмотрены особые режимы пассивации и особые вещества для неё.

Пассивирование стали

Входящее в состав любых видов сталей железо, как её основа, подвержена коррозии больше, чем какой-бы то ни было металл. Лучшей защитой от коррозии для железосодержащих материалов является добавление легирующих добавок в железный расплав, которые делают сталь нержавеющей. Но нержавеющая сталь дорога. Поэтому защитить более простые марки стали от ржавчины можно обработкой их в электролитических ваннах с добавлением в электролит ингибиторных пигментов в виде суриков – железных или свинцовых.

Указанные пигменты могут работать и как химические пассиваторы, без применения сложного механизма их соединения с покрываемым металлом. Нанесение таких пигментов осуществляется обычными малярными принадлежностями, и связано обычно с большими габаритами обрабатываемых поверхностей, которые не поместишь в электролитическую ванну (корпуса судов всех видов). Но в этом случае защитное действие будет слабее.

При анодном же покрытии с помощью пигментов в пограничном обрабатываемом внешнем слое возникает высокая плотность тока в порах образуемой защитной плёнки. В железе как части стального сплава защитные оксидные плёнки в естественных условиях образоваться не могут, то пассивирование возможно только в случае включения в механизм покрытия пигментов-ингибиторов.

Но основное различие в образовании защитных слоёв на металле методами химической и электролитической пассивации заключается в скорости процесса и прочности образуемой фазовой плёнки. Ведь и в химической ванне, и в ней же, но с добавленным к процессу электрическим током и напряжением процесс образования оксидной или солевой плёнки идёт по одному сценарию.

Пассивация конструкционных и специальных сталей

Для надёжной пассивации сталей их желательно предварительно покрыть, все или частично (те их элементы, которые будут испытывать наибольшее воздействие неблагоприятных факторов) никелем, цинком или кадмием с использованием хромовых солей. Пассивирование этими солями выгодно тем, что после укрепления поверхностного слоя изделия эксплуатируются без опасности возникновения коррозий очень длительное время. А в случае начала ржавления отдельных участков их можно, не разбирая и не снимая с места конструкцию, пассивировать этим же составом с солями хрома прямо на месте, методом аппликации пропитанных растворами накладок.

Пассивация алюминия

На алюминии оксидная и очень прочная плёнка образуется в естественных условиях под воздействием кислорода воздуха. Многие помнят школьный опыт, когда с алюминиевой проволоки, опущенной в ртуть, надфилем снимается небольшой слой , а потом этот обработанный надфилем кончик вынимался из ртути. И обработанный конец на воздухе мгновенно покрывался «шубой» из кристаллов окисла. Но в обычных условиях атмосферного воздействия оксида на алюминии образуются не столь быстро и имеют вид прозрачной плёнки толщиной всего несколько мМк. По своим свойствам она очень близка к химически-инертному оксиду алюминия корунду. Недостаток такой природной плёнки – её неустойчивость при значительном повышении температуры или при длительном воздействии активных кислот.

Для стойкой защиты не обойтись без процесса анодирования, результатом которого бывает получение защитных плёнок толщиной от 5 до 20 мМк. А в отдельных режимах можно получить и сверхпрочные плёнки,(выдерживающие нагрузку до 1500 кг на мм, то есть выше, чем у инструментальной стали.

Пассивация серебра

Серебро относится к благородным металлам, несмотря на изменение его свойств на свету (оно темнеет). До наступления эры цифровой фотографии эта способность серебра использовалась в создании светочувствительных материалов (фотоплёнки и фотобумаги).

Но потемнение изделий из серебра в быту – процесс часто нежелательный, и для его предотвращения используют химические способы предохранения верхнего, пограничного с воздухом, слоя металла, от воздействия света и воздуха. Лучше же всего предотвращает такие изменения пассивация методом обработки серебра в хромпике – двухромовокислый калий K2 Cr2 O7.

Для его осуществления хромпик в количестве 60 г разводят в 1 литре кипячёной нежёсткой воды. Рабочая температура раствора от 25 до 40 градусов, это не критично. Пассивацию проводят, просто погрузив серебряное изделие в ванну полностью на 20 минут и периодически перемешивать раствор. В случаях, когда разведённое количество хромпика не покрывает изделие полностью (статуэтка сложной формы или объёмный серебряный канделябр) попеременное обрабатывание поверхности частями лучше не практиковать, а развести реактив в необходимом для нормального объёма количестве воды.

Химическое пассивирование нержавейки

Несмотря на то, что нержавеющая сталь как в своей массе, так и в поверхностном слое уже инактивирована в смысле воздействия на неё неблагоприятных условий среды, иногда коррозия находит у этой стали слабые места.

Сталью железо делают легирующие добавки. А основной такой добавкой, делающей сталь нержавеющей, является хром. Но при его 12% в составе сплава он защитит сталь только от атмосферных воздействий. При 17% выдержит уже обработку азотной кислотой, одной из самых агрессивных кислот.

Дело ещё и в состоянии поверхности нержавеющего материала. И если поверхностный слой нарушен, если на нём есть глубокие царапины, задиры, микроскопические ударные кратеры, то даже легированный металл будет подвержен коррозии.

А иногда достаточно сварного шва на поверхности. И пусть сварка тоже выполняется специальными электродами и в специальном режиме, образующееся в шве чистое железо станет центром коррозии, которая примет цепной характер. Да что сварка? Даже если резать или пилить рядом с нержавеющей конструкцией обычную, нелегированную сталь, то опилки, стружки и любой формы частички от неё, попавшие на нержавейку, тоже быстро станут такими центрами.

Заключение

А в итоге, когда начинаешь разбирать причины появления ржавчины на нержавеющей стали, выясняется, что виной было уничтожение естественной для этого вида стали оксидной плёнки. Поэтому дополнительной защитой, которая нужная нержавейке – это обработка кислотами: серной, соляной, азотной с последующей нейтрализацией её остатков после того, как она уже образовала химически-нейтральный защитный слой на металле. И смыть остатки нейтрализатора водой, а потом вытереть насухо. Теперь только очередное грубое механическое нарушение оксидной плёнки способно запустить механизм коррозии.

По этой же причине домохозяйкам ни в ком случае не стоит чистить посуду из полированной нержавейки абразивными составами, да ещё с примесью хлора. Пример? «Комет». Очистит эффективно, это да. Но параллельно запустит процесс коррозии металла.

Как пассировать нержавеющей стали

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

Пассивация остается важным шагом в максимизации существенной коррозионной стойкости деталей и компонентов, обработанных из нержавеющей стали.

Это может сделать разницу между удовлетворительной производительностью и преждевременным отказом. Неправильно выполненная, пассивация может фактически вызвать коррозию. Пассивация представляет собой метод изготовления после изготовления, позволяющий максимизировать присущую коррозионную стойкость нержавеющего сплава, из которого изготовлена заготовка. Это не процедура удаления масштаба, и это не похоже на слой краски. Нет универсального соглашения относительно точной механики работы пассивации. Но несомненно, что на поверхности пассивной нержавеющей стали присутствует защитная оксидная пленка. Эта невидимая пленка считается чрезвычайно тонкой, толщиной менее 0,0000001 дюйма, что составляет около 1/100 000 толщины человеческого волоса! Чистая, недавно обработанная, полированная или маринованная часть из нержавеющей стали автоматически приобретает эту оксидную пленку от воздействия кислорода в атмосфере.

Читайте также  Флюс для пайки стали оловом

В идеальных условиях эта защитная оксидная пленка полностью покрывает все поверхности детали. Однако на практике загрязняющие вещества, такие как грязь или частицы железа из режущих инструментов, могут быть перенесены на поверхность деталей из нержавеющей стали во время обработки. Если их не удалить, эти посторонние частицы могут снизить эффективность исходной защитной пленки. Во время процесса обработки микроскопическое количество свободного железа может быть стерто с режущего инструмента и перенесено на поверхность заготовки из нержавеющей стали. При определенных условиях на части может появиться тонкое покрытие ржавчины. Это фактически коррозия стали из инструмента, а не основного металла. Иногда щель во встроенной частице стали из режущего инструмента или продуктов его коррозии может вызвать атаку самой части. Точно так же мелкие частицы железосодержащей цельной грязи могут прилипать к поверхности детали. Несмотря на то, что металл может выглядеть блестящим в условиях механической обработки, невидимые частицы свободного железа могут привести к ржавлению на поверхности после воздействия воздуха. Проблемой могут быть и открытые сульфиды. Они исходят от добавления серы к нержавеющим сталям для улучшения обрабатываемости. Сульфиды улучшают способность сплава образовывать чипсы, которые полностью удаляются от режущего инструмента во время процесса обработки. Если часть не будет правильно пассивирована, сульфиды могут выступать в качестве центров инициации коррозии на поверхности сфабрикованного продукта. В обоих случаях требуется пассивация, чтобы максимизировать естественную коррозионную стойкость нержавеющей стали. Он может удалить поверхностное загрязнение, такое как частицы железосодержащей цельной грязи и частиц железа из режущих инструментов, которые могут образовывать ржавчину или действовать как места инициации для коррозии. Пассивация также может удалять сульфиды, открытые на поверхности нержавеющих сплавов без механической обработки. Двухступенчатая процедура может обеспечить наилучшую коррозионную стойкость: 1. очистка, фундаментальная, но иногда пропускаемая процедура и 2. кислотная ванна или пассивирующая обработка.

Чистка Первая очистка всегда должна быть первой. Смазка, охлаждающая жидкость или другие обломки цеха должны быть тщательно очищены от поверхности, чтобы получить наилучшую коррозионную стойкость. Обрабатывающие чипы или другая грязь магазина могут быть тщательно вытерты с части. Для очистки отработанных масел или охлаждающих жидкостей может использоваться коммерческий обезжириватель или моющее средство. Посторонние вещества, такие как термические оксиды, возможно, должны быть удалены путем измельчения или такими методами, как кислый травление. Иногда оператор машины может пропустить базовую очистку, предполагая ошибочно, что, просто погружая смазанную маслом часть в кислотную ванну, одновременно проходят очистку и пассивирование. Этого не происходит.

Вместо этого загрязняющая жир реагирует с кислотой с образованием пузырьков газа. Эти пузырьки собираются на поверхности заготовки и мешают пассивации. Хуже того, загрязнение пассивирующего раствора, иногда высоким содержанием хлоридов, может вызвать «вспышку», как показано на рисунке 1.Вместо того, чтобы получать желаемую оксидную пленку с блестящей, чистой, коррозионностойкой поверхностью, вспышка вызывает сильно протравленную или затемненную поверхность — ухудшение самой поверхности, которая предназначена для оптимизации пассивации. Части, изготовленные из мартенситных нержавеющих сталей [которые являются магнитными, с умеренной коррозионной стойкостью и способными к пределам текучести до 280 тыс.фунтов / кв.дюйм (1930 МПа)], затвердевают при высокой температуре и затем закаливаются для обеспечения требуемой твердости и механических свойств. Осаждающие упрочняемые сплавы (которые обеспечивают лучшее сочетание прочности и коррозионной стойкости, чем мартенситные марки) могут обрабатываться в растворе, частично обрабатываться, выдерживаться при более низких температурах, а затем заканчиваться механической обработкой. В таких случаях детали необходимо тщательно очистить обезжиривающим или очищающим средством для удаления следов режущей жидкости перед термообработкой. В противном случае режущая жидкость, остающаяся на деталях, вызовет чрезмерное окисление. Это условие может привести к тому, что нижние части с ямкой заканчиваются после удаления окалины кислотными или абразивными методами. Если разрезающим жидкостям разрешено оставаться на деталях, которые хорошо затвердевают, как в вакуумной печи или защитной атмосфере, может произойти науглероживание поверхности, что приведет к потере коррозионной стойкости. Пассивирующие ванны После тщательной очистки часть из нержавеющей стали готова для погружения в пассивационную кислотную ванну. Можно использовать любой из трех подходов: пассивацию азотной кислоты, азотную кислоту с пассивацией дихромата натрия и пассивацию лимонной кислоты. Какой подход к использованию зависит от класса нержавеющей стали и предписанных критериев приемлемости.

Более устойчивые хромоникелевые марки могут пассивироваться в ванне с азотной кислотой (20% по объему) (рис. 2). Как указано в той же таблице, менее стойкие нержавеющие сорта могут пассивироваться путем добавления дихромата натрия в ванну с азотной кислотой, чтобы сделать раствор более окисляющим и способным образовывать пассивную пленку на поверхности. Другой вариант, используемый вместо азотной кислоты плюс дихромат натрия, заключается в увеличении концентрации азотной кислоты до 50% по объему. Добавление дихромата натрия и более высокая концентрация азотной кислоты снижают вероятность нежелательной вспышки.

Процедура для пассивации нержавеющих сталей без механической обработки (также показанная на рисунке 2) несколько отличается от процедуры, используемой для нержавеющих марок без механической обработки. Это связано с тем, что сульфиды серосодержащих сортов свободной обработки частично или полностью удаляются во время пассивации в обычной ванне с азотной кислотой, создавая микроскопические разрывы на поверхности обрабатываемой детали. Рис.2. Процедуры для пассивирования деталей из нержавеющей стали в ваннах из азотной кислоты достаточно просты. Пассивация азотной кислоты из нержавеющих сталей — хром-никелевый сплав (серии 300) — гранаты с 17% хрома или более (кроме 440 серий) 20% об. азотная кислота при температуре 120/140 ° F (49/60 ° C) в течение 30 минут. Неграмотные хромовые марки (12-14% хрома).

Высокоуглеродные хромовые гранулы (серия 440). Преципитация Закалка Нержавеющая сталь 20% об. азотная кислота + 3 унции. на галлон (22 г / л) дихромата натрия при температуре 120/40 ° F (49/60 ° C) в течение 30 минут или 50 об.%. азотной кислотой при 120/40 ° F (49/60 ° C) в течение 30 мин. Пассивация нержавеющей стали с произвольной обработкой, включая типы AISI 420F, 430F, 440F, 203, 182-FM и Carpenter Project 70 + ® Типы 303 и 416 1,5% по массе. гидроксида натрия при 160/180 ° F (71/82 ° C) в течение 30 минут. 2. Промывка воды. 3,20% об. азотная кислота + 3 унции. за гал. (22 г / л) дихромата натрия при температуре 120/40 ° F (49/60 ° C) в течение 30 минут. 4. Промывка воды. 5,5% мас. гидроксида натрия при 160/180 ° F (71/82 ° C) в течение 30 минут. 6. Промывка воды.

Даже обычно эффективные промывки водой могут оставлять остаточную кислоту, попавшую в эти разрывы после пассивации. Эта кислота может затем нападать на поверхность детали, если она не нейтрализована или не удалена.Высококачественные шлифовальные круги для эффективной обработки Для эффективной пассивации нержавеющих сталей без механической обработки компания Carpenter разработала процесс A-A-A (щелочно-кислотно-щелочной), который нейтрализует захваченную кислоту. Этот метод пассивации может быть выполнен менее чем за 2 часа. Вот пошаговая процедура: после обезжиривания промойте детали в течение 30 минут в 5-процентном растворе гидроксида натрия при температуре от 160 до 180 ° F (от 71 ° C до 82 ° C). Затем тщательно промойте деталь водой. Затем погрузите часть в течение 30 минут в 20-процентный раствор азотной кислоты, содержащий 3 унции на галлон (22 г / л) дихромата натрия при температуре от 120 до 140 ° F (от 49 ° C до 60 ° C) , После удаления части из этой ванны промойте ее водой, затем погрузите ее в раствор гидроксида натрия еще 30 минут. Промойте деталь водой и высушите ее, выполнив метод A-A-A. Преимущества этого метода показаны на рисунке 3. Пассивация лимонной кислоты становится все более популярной среди производителей, которые хотят избежать использования минеральных кислот или растворов, содержащих дихромат натрия, наряду с проблемами удаления и большей опасностью, связанной с их использованием.

Лимонная кислота считается экологически чистой во всех отношениях. Хотя пассивация лимонной кислоты предлагает привлекательные экологические преимущества, магазины, имеющие успех с пассивацией минеральной кислоты и не испытывающие никаких проблем с безопасностью, могут захотеть остаться в курсе. Не может быть никакой реальной необходимости изменять, если у этих пользователей есть чистый магазин, ухоженное и чистое оборудование, охлаждающая жидкость, свободная от железосодержащей грязи магазина, и процесс, который дает хорошие результаты. Было обнаружено, что обработка пассивацией в ваннах с лимонной кислотой применима для большого числа семейств нержавеющей стали, включая несколько отдельных сортов нержавеющей стали, как показано на рисунке 4.

Обычные методы пассивации азотной кислоты по фиг. 2 включены для удобства. Обратите внимание, что старые препараты для азотной кислоты имеют объемный процент, тогда как более новые концентрации лимонной кислоты находятся в массовых процентах. При осуществлении этих процедур важно отметить, что