首頁 »
2012/06/08

如何鈍化不鏽鋼材料零件

如何鈍化不鏽鋼材料零件

鈍化依然是提高不鏽鋼零部件基本防腐性能的關鍵一步。它可以讓零部件具有滿意的性能,也可以使它過早發生故障。如果操作不正確,鈍化實際上會導致腐蝕。



鈍化用於在加工後提高不鏽鋼零件
固有的防腐性


鈍化是提高不鏽鋼合金工件固有防腐性能的一種後製作方法。它不是一種去氧化皮處理,也不像噴漆過程。 
對於鈍化操作的精確機理,沒有通用的說法。但是有一點是確定的,那就是在鈍化不鏽鋼表麵上存在一層保護性氧化膜。這層看不見的膜被認為是非常薄的,厚度小於0.0000001英寸,大約是人類頭發絲的1/100,000。 

新加工、拋光或酸洗過的不鏽鋼零件,因接觸大氣中的氧氣將自動獲得該氧化膜。在理想的條件下,該保護性氧化膜會完全覆蓋零件的所有表麵。 

但是,在實際情況中,諸如車間灰塵或來自刀具的鐵微粒等汙染物,有可能在加工過程中被傳送到不鏽鋼零件的表麵上。如果這些異物粒子不去掉,則它們可能會降低原始保護膜的有效性。


左邊的零件,在經過適當鈍化處理後,具有幹淨、閃亮、防腐表麵。右邊的零
件,在被汙染的鈍化溶液中經過處理後,出現快速腐蝕現象。


在加工過程中,有可能會從刀具上脫落微量的遊離鐵,並轉移到不鏽鋼工件的表麵上。在一定的條件下,零件的表麵可能會出現一層薄薄的鏽跡。這實際上是鋼因刀具而不是母材產生的腐蝕。有時候,來自切削刀具或其腐蝕品夾入的鋼微粒而產生的裂縫,可能會引起零件本身發生化學腐蝕性反應。 
類似地,含有鐵的車間灰塵微粒有可能會粘附到零件表麵上。盡管金屬有可能以“加工好的狀態”閃亮出現,但是看不見的遊離鐵微粒,在暴露到空氣中後,有可能會導致表麵發生鏽蝕。 

暴露的硫化物也可能是一個問題。這種硫化物產生於在給不鏽鋼添加硫以改善其可加工性的過程中。硫化物改善了合金形成切屑的能力,在加工過程中,這種切屑可以很幹脆地從刀具上脫離。除非零件經過適當鈍化,否則硫化物有可能會充當在加工後的產品表麵上發生腐蝕的最初場所。 

在這兩種情況下,都需要采用鈍化過程來提高不鏽鋼的天然防腐性能。它可以去掉表麵汙染,諸如有可能形成鏽蝕或充當發生腐蝕最初場所的、含鐵的車間灰塵以及來自刀具的鐵微粒等。鈍化還可以去掉暴露在可自由加工不鏽鋼合金表麵中的硫化物。 

采用一種由兩步組成的工藝,可以保證最好的防腐性能:1. 清洗,這是最基本的一步,但有時候卻被忽略;2.酸浴或鈍化處理。


在硝酸浴中鈍化不鏽鋼零件的過程非常一目了然。

首先清洗

首先必須始終進行清洗。必須從表麵上徹底清洗掉油脂、冷卻液或其它車間碎屑,以獲得盡可能最好的防腐性能。加工屑或其它車間灰塵可以仔細地從零件上擦掉。可以用某種商用脫脂劑或清洗劑來清洗掉加工油或冷卻液。異物諸如熱氧化物等,可以通過磨削或酸洗等方法而去掉。 



有時候,機床操作員可能跳過基本的清洗過程,錯誤地認為簡單地將油脂斑斑的零件浸到酸浴中,就可以同時完成清洗和鈍化過程。實際上這是不會發生的。相反,汙染性油脂會與酸發生反應而形成氣泡。這些氣泡集中在工件的表麵,將幹擾鈍化過程。 


更嚴重的是,鈍化液的汙染,有時候含有大量氯化物,會引起圖1中所示的“快速腐蝕(flash attack)”。 發生快速腐蝕時,無法獲得所要求的具有閃亮、幹淨、防腐表麵的氧化膜,相反會引起嚴重蝕刻或發黑表麵――這正是需要采用鈍化過程加以優化的表麵。 


采用馬氏體不鏽鋼[帶磁性,具有中等防腐性,可以產生大約280ksi(1930MPa)的屈服強度製成的零件,在高溫下硬化,然後進行回火,以保證所需要的的硬度和機械性能。沉析可硬化合金(比馬氏體不鏽鋼具有更好的強度和防腐性能組合)可以用溶液進行處理,可以在較低的溫度下進行部分加工、時效處理,然後進行精加工。 


在某些情況下,零件必須用脫脂劑或清洗劑進行徹底清洗,以便在熱處理之前去掉任何切削液痕跡。否則,剩餘在零件上的切削液將引起過度氧化。在通過酸洗或打磨去掉氧化皮後,這種狀態可能會導致零件表麵具有凹坑,最終尺寸不足。如果允許切削液保留在經過光亮硬化的零件上,如真空爐或保護氣氛中一樣,則可能會出現表麵碳化,從而導致防腐性能降低。 



鈍化浴

在經過完全清洗後,就可以將不鏽鋼零件浸在鈍化用酸浴中。可以采用三種方法中的任何一種來進行鈍化―硝酸鈍化、硝酸加重鉻酸鈉鈍化以及檸檬酸鈍化等。具體使用哪種方法,要依據不鏽鋼牌號以及所規定的驗收準則而定。 

在20%(以體積計)的硝酸浴中,可以鈍化較多牌號的防腐鉻鎳不鏽鋼(圖2)。如同一表中所示,通過在硝酸浴中添加重鉻酸鈉,使溶液具有更強的氧化性,並可以在表麵形成鈍化膜,可以用此種方法來進行鈍化的防腐不鏽鋼牌號較少。另一個代替硝酸加重鉻酸鈉的可選方法是,將硝酸的濃度增加到50%(按體積計)。添加重鉻酸鈉以及提高硝酸濃度,均可以降低發生不需要的快速腐蝕的機會。


鈍化可自由加工不鏽鋼的過程(也在圖2中顯示)與鈍化難加工不鏽鋼的過程有所不同。這是因為,含硫的、可自由加工不鏽鋼中的硫化物,在鈍化過程中會在典型的硝酸浴中部分或徹底去掉,從而在加工好的零件表麵形成微觀非連續性。 


即使是正常足夠的水洗,鈍化後,在這些非連續處也可能會截留下剩餘酸。然後,這種酸可能會與零件表麵發生化學反應,除非已經將它中和或去掉。 



可自由加工的不鏽鋼

為了有效地鈍化可自由加工不鏽鋼,OTEC公司已經開發了中和殘留酸的A-A-A(堿-酸-堿)工藝。該鈍化方法可以在不到2小時的時間內就完成。具體步驟如下: 

脫脂後,將零件在溫度為160°F~ 180°F (71°C~82°C)、濃度為5%的氫氧化鈉溶液中浸泡30分鍾。然後在水中徹底清洗該零件。接著,將零件在溫度為120°F~140°F (49°C~60°C)、濃度為20%(以體積計)、含有3盎司/加侖(22g/升)重鉻酸鈉的硝酸溶液中浸泡30分鍾。在將零件從該酸浴中取出來後,用水衝洗它,然後再將它在氫氧化鈉溶液中浸泡30分鍾。再次用水清洗零件,並讓它幹燥,完成A-A-A過程。該方法的好處在圖3中顯示。


左邊的實驗錐體顯示了光亮精整表麵,在用A-A-A方法鈍化後,可自由加工
不鏽鋼提高了防腐性能。在右邊顯示了普通鈍化結果。兩個樣品都接受了鹽霧實驗。

對於那些想避免采用含有重鉻酸鈉的礦物酸或溶液(以及處理和與使用它們相關的安全問題)的製造廠家而言,他們越來越趨向於采用檸檬酸鈍化工藝。檸檬酸在各個方麵都被認為對環境具有友好性。


盡管檸檬酸鈍化具有環保方麵的優點,但是那些在礦物酸鈍化方麵取得了成功,並且沒有遭受安全問題的廠家,有可能仍然會保留原來的做法。如果這些用戶具有幹淨的車間、得到良好維護且幹淨的設備、冷卻液中不帶含鐵的車間灰塵,並且具有可以產生良好結果的工藝過程,那麼他們就沒有必要更換。 

在硝酸浴中進行鈍化處理,對於大量的不鏽鋼來說都很有用,包括若幹單獨的不鏽鋼牌號在內,如圖4中所總結的那樣。 為了方便,包括了圖2中的普通硝酸鈍化方法。請注意,舊的硝酸配比采用體積百分比,而新的硝酸濃度則采用重量百分比。必須注意,在實施這些過程時,為了避免前述“快速腐蝕”,必須小心實現浸泡時間、酸浴溫度和濃度之間的平衡。


用於在檸檬酸或硝酸溶液中鈍化常用可自由加工和難加工不鏽
鋼的程序,需要采用不同的過程。有關過程選擇的詳細情況將
在圖5中給出。

鈍化處理依據鉻含量以及各個不鏽鋼係列中可加工特性的不同而不同。請注意過程1或過程2的欄目。如圖5中所示,過程1涉及的步驟比過程2的少。


該表顯示了用於鈍化處理的適用的過程。

實驗室的實驗已經表明:檸檬酸鈍化過程比硝酸過程更容易產生“快速腐蝕”。引起這種化學反應的因素包括過高的酸浴溫度、過高的浸泡時間以及酸浴汙染度等。包含防腐劑及其它添加劑(諸如濕化劑)的檸檬酸產品,是商業上可以買到、據說可以降低“快速腐蝕”靈敏度的產品。鈍化方法的最終選擇,將依賴於您的客戶所提出的驗收準則。有關更詳細的信息,請參見ASTM A967“不鏽鋼零件化學鈍化處理的標準規格”。可以在www.astm.org處訪問該文件。 



鈍化零件的測試

進行測試的目的,通常是評價鈍化零件的表麵。要回答的問題是,“鈍化是否去掉了遊離鐵,並優化了可自由加工不鏽鋼的防腐性能?” 

測試方法必須與接受評價的不鏽鋼牌號相匹配。測試太嚴厲將使完好的材料不合格,而太寬鬆又將使不滿意的零件通過測試。 


400係列沉析硬化和可自由加工不鏽鋼,最好在可以維持100%的濕度(樣品保持濕狀態)和95°F (35℃)的櫃中保持24小時再進行評價。橫截麵通常是最關鍵的表麵,尤其是對可自由加工不鏽鋼牌號而言。其中的一個理由是,在加工方向中延長的硫化物,會與該表麵交叉。 


關鍵表麵應該朝上放置,但是要與垂直方向成15~20度角,以便濕氣逸出。經過適當鈍化的材料,幾乎不會有任何鏽蝕,盡管會顯示某些輕微的汙點。 

奧氏體難加工不鏽鋼,也可以用濕度測試來進行評價。在進行這樣的測試時,樣品的表麵應該存在水滴,通過任何鏽蝕的存在來暴露遊離鐵。 


采用ASTM A380“不鏽鋼零件、設備和係統清洗、去氧化皮及鈍化的標準做法”中提供的一種溶液,可以采用更快的方法。該測試包括,用硫化銅/硫酸溶液對零件進行清洗,將濕度保持6分鍾,觀察是否存在任何鍍銅的痕跡。作為一種可替選方法,可以將零件在溶液中浸泡6分鍾。如果鐵被溶解,則發生了鍍銅現象。該測試不應該在用於食物處理的零件表麵上使用。此外,該測試還不應該用於馬氏體或400係列低鉻鐵素體不鏽鋼中,因為有可能會發生假陽性結果。 


以前,還有在95°F (35℃)溫度下、用5%鹽霧實驗來評價鈍化樣品的方法。該實驗,對某些牌號的不鏽鋼而言太嚴厲,一般無須確認鈍化有效。 



利豐行事業有限公司有販售清化學鈍化劑,以去除金屬氧化物和金屬塗層。它是用於浸泡槽或超聲波清洗系統中使用。著名的產品特點包括:
-可用於黑色金屬和有色金屬
-能夠產生明亮,反光飾面
-非燃料
-非腐蝕性
-不含有害成分,是可生物降解

對於剝離的金屬氧化物,金屬零件
浸泡槽或超聲波清洗應用,
使用9盎司每加侖的水(7%的解決方案)。
濃度高於7%,將不能
有效地工作溶液溫度不應
超過160° - 170°F.銹病和規模通常可以在30秒到2分鐘取出

利豐行提供 OTEC 表面處理技術皆集中於精密研磨,拋光, deburring, smoothing and polishing. 化學鈍化處理. 還有VTD PVD 超硬工具鍍膜 tool coating, 精密光學鍍膜 optical coating, 真空金屬鍍膜 metalization 和 absolute chemie PVD/CVD 退鍍工藝和 EMAG ECM / Precise Electrochemical Machining 精密電化學加工技術, EMAG 硬車削/乾式切削 hard turning, Koepfer 滾齒加工製造技術, Reinecker, KARSTENS外圓研磨+內圓曲面磨削, Naxos-Union曲柄軸研磨, 凸輪軸, KOPP非圓研磨, SW中心加工機, EMAG 雷射焊接, 自動化設備. oelheld 超高性能研磨切削油/EDM 放電加工液等, 其它非相關資料純粹供同好分享.

利豐行事業有限公司 www.li-fung.biz
407台灣省台中市工業區3621
電話:+886 (04) 2355-2327
傳真:+886 (04) 2355-2457
E-mail
info@li-fung.biz
 


不銹鋼的鈍化處理(Passivation treatment)←上一篇 │首頁│ 下一篇→不鏽鋼零件鈍化變黑成因及對策
本文引用網址: