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不锈钢钝化工艺的发展

2016-3-23 15:20:37      点击:
      不锈钢的应用日益广泛,该材料的主要特点是耐腐蚀,即不锈性质,用这种材料制造的零件具有较长的寿命。但是不锈钢最易使人误解的也正是它的不锈性质。许多工厂在生产中不注意不锈钢的防锈措施,甚至机械加工完毕后,不经表面处理就装配使用,因而导致各种腐蚀事故的发生。
      从合作项目和引进资料中可以看出,国外凡不锈钢零件,如无电镀等要求的,一般都要经过钝化处理才能装配使用,且对钝化工艺的操作控制和钝化膜的质量检验都极为严格。事实证明,不锈钢只有经过钝化处理后,才能使表面保持长久稳定(即钝态),提高耐蚀程度。

      本文根据有关文献和生产实践,综合论述不锈钢的各种钝化工艺,并论述不锈钢的合金组织和加工状态对钝化工艺的影响,以及有关钝化膜的质量控制。

1不锈钢钝化工艺的用途和分类

    1.1不锈钢钝化工艺的用途不锈钢钝化工艺的用途如下:

    (l)提高不锈钢在环境介质中的热力学稳定性。经钝化的不锈钢在金属电偶序中处于较正的位置(与银相近),而活态不锈钢则处于较负的位置(与普通钢铁相近)。
    (2)预防不锈钢的局部腐蚀。一般,不锈钢的各种局部腐蚀(甚至包括磨损腐蚀和腐蚀疲劳)都与表面质量有关。例如钝化可以消除点蚀的萌生源,并使临界点蚀的电位变正l’]。

    (3)保证不锈钢表面具有足够的清洁度。钝化可以清除掉不锈钢表面的金属污染物,如粘附或嵌人不锈钢表面的金属杂质(铜、锌、福、铅及低熔合金)和游离铁,使表面清洁稳定。这在尖端技术中十分重要,因为这些金属污染物容易导致不锈钢腐蚀破裂。

    (4)清除不锈钢表面的热加工氧化物。为此需用兼有浸蚀和钝化作用的溶液,如含有氢氟酸的硝酸溶液。
    (5)作为其他工序的补充处理,如不锈钢在喷砂、喷丸、电抛光和化学抛光后都应进行钝化处理。
    (6)医疗外科用的不锈钢植人物通过钝化处理,可以净化表面,防止人体组织液的腐蚀。

    1.2不锈钢钝化工艺的分类
      根据不锈钢容易在氧化性介质中形成膜层的特点,最常用的钝化剂是硝酸,此外还有其他类型的钝化方法,详见图1。干法J一室}一热温法处理法体型不锈钢的强化不必经过热处理,一般具有较均匀的组织,钝化效果较好。而马氏休型不锈钢则需要通过热处理强化,产生多相组织,这既降低材料本身的耐蚀性,也不利于钝化工艺的进行。
    (3)从加工状态来说,经机械加工的切削件和抛光件钝化效果最好。而粗糙表面,如铸造、喷砂、锻造等零件,钝化效果较差。

    (4)不锈钢的某些元素,如锰、碳、硅、硫、硒等,对钝化不利。尤其是含硫、硒的不锈钢,钝化效果较差。
    (5)经渗碳、渗氮、铜焊及其他软钎样的不锈钢零件,不允许钝化。因为钝化处理会损害前道工序的质量。

2 不锈钢的干法钝化工艺
     单一硝酸型   硝酸/重铬酸盐型    硝酸/氢氟酸型    王水型
不锈钢属一于自钝化金属,在空气中具有强烈的钝化趋势。本工艺就是将不锈钢零件置于清洁空气中,经一段时间的存放或加温处理,形成表面钝化膜。如将零件置于干燥器中存放24h,可以形成自然钝化膜。亦可在热处理炉中加温处理。还可以在较高温度下通过变更温度和时间,进行调色处理。有时还需使炉内成为真空,或通人保护气氛,如蒸汽、氢气、氨气等。但是所有上述处理前,必须仔细清理零件,表面不能有油污、氧化物和其它脏物。
一酸型硝电化学法化学法
不锈钢钝化工艺
铬酸或重铬酸盐型
硫酸型
双氧水型
碱液型
L型酸硝

图1不锈钢钝化工艺分类
L3不锈钢的可钝化性为了取得最佳钝化效果,应根据不锈钢的合金组成和加工状态来确定钝化工艺。钝化效果既取决于工艺方法,也受到不锈钢材料的制约。不锈钢的可钝化性归纳如下:
(l)不锈钢的钝化能力取决于组成元素的钝化能力。在组成元素中,镍、铬属于钝化性强的元素,而铁的钝化能力则次之。因此,镍和铬的含量愈高,不锈钢钝化能力愈强,而且钝化稳定性随着镍铬含量的提高而增加。
(2)就不锈钢类型来说,奥氏体型、铁素3不锈钢的化学钝化工艺

3.1硝酸型 迄今为止,硝酸型仍是应用最广的钝化液。根据溶液组成物不同,可分为单一硝酸型、硝酸/重铬酸盐型、硝酸/氢氟酸型、工水型等。
3.1.1单一硝酸型钝化溶液由硝酸组成,属子通用型,可用于各种不锈钢钝化。根据硝酸浓度可分为高浓度(40%一60%,体积比,下同)和低浓度(20%一40%)或者酸、水浓度为卜1或:12
的两种配方。


20%硝酸配方适用各种不锈钢。20%一40%硝酸,50一70℃,60~,适用300型不锈钢和含铬量)17%的400型不锈钢(易切削钢除外)。溶液温度低于40一50℃时,可处理含铬量<17%的400型不锈钢及钝铬易切削类不锈钢「2}。

3.1.2稍酸/重铬酸盐型

      该型溶液中需添加少量重铬酸钠或重铬酸钾,以增强溶液的钝化能力。该型溶液在国外应用较广,常用配方及适用钢种见表21’]。60一70℃,30rnlno据资料4[],对易切削的纯铬钢和含铬12%一14%的钢,钝化需用更浓的溶液:硝酸40%一60%,Na厂Orz:1.5%一2.5%,37一60℃,可防止出现云状花纹,对易切削铬镍钢,建议使用硝酸20%,重铬酸钠2%的溶液,43一54℃。该工艺还可代替其他容易导致不锈钢腐蚀的钝化配方。硝酸/重铬酸盐型溶液还适用于经过机械加工、具有较低粗糙度表面的低铬不锈钢。对于再硫化的不锈钢,如含硫.03%的416、430和300型钢,可避免产生浸蚀性的灰色或黑色表面。
3.1.3硝酸/氢氟酸型
      该型溶液是兼有浸蚀和钝化作用的综合型配方。可在钝化同时,清除掉热加工氧化皮和表面极薄的贫铬层金属。当氧化皮除去后,整个反应转变以钝化为主。典型工艺为:HNO310%,HIF%,76℃,3而n。根据不同钢种选择钝化溶液,见表3。国内有关工艺则有1)HF一l法、PA法等
3.1.4王水型
      该型配方见于国内60年代文献。具体工艺为:普通王水,配制后放置24h后使用,钝化时间10一20~,表面为银白色。当钝化时间延长到30n卫n时,表面便出现麻点。经称重,钝化后零件有失重现象。在不锈钢钝化中,盐酸为去钝化剂。虽然在很稀的盐酸中,不锈钢有可能钝化,但大量接触氯离子,对不锈钢终非益事,该型溶液未见有正式使用的报导。
3.3.2非硝酸型


      为防止硝酸的NOx有害气体,还出现一些非硝酸型钝化配方,如硫酸型、双氧水型、碱液型等.铬酸或重铬酸盐型属于非硝酸型,但本身也存在铬污染问题。

3.3.2.
1铬酸或重铬酸盐型
该工艺与铜合金钝化相似,是不锈钢钝化的早期配方。铬酸和重铬酸盐是强氧化剂,具有较好的钝化效果,但因铬污染问题,现避免使用。有些则发展为专门的不锈钢染色工艺。
3.2.2硫酸型 该型溶液适用于200、3c0、400型不锈钢、沉淀硬化钢、以及除切削钢之外的马氏体时效钢。配方为:H多0:8%一H%(体积),65oC,5一45n刀no
上述不锈钢在硫酸溶液中处理可达到钝态,具有一定的耐蚀能力,但表面光洁度低,在生产中较少使用。但近来也出现光亮型的硫酸钝化配方。
.3.23双氧水型
该型溶液以双氧水作为氧化剂,浓度控制在25%一30%,并加有整平光亮剂和稳定剂。工作条件为55一59℃,5一snun。钝化后还要在有机缓蚀剂中进行补充处理,增强钝化膜的耐蚀性,20一300C,10一15517]。
3.2.4碱液型

3Cr13、4Cr3I马氏体型不锈钢的耐蚀性较差,用酸性钝化难以取得满意效果。近期有报导,可以在碱性溶液中钝化。配方为:氢氧化钠14%,磷酸钠3%,氧化剂2克/升,100一110℃,钝化时间通过试验确定。零件钝化前需在22ilITL/硫酸溶液中浸蚀3伪。
该工艺的操作要点是:严格控制各成分的浓度,保持恒温.零件钝化在未出现色泽变化之前,就应从槽中取出,以保持本色。
3.33处理方法
3.3.31浸渍法
      这是最普通的方法,将零件浸人溶液中,按指定规范处理。所用篮子、夹具都应用不锈钢材料制造。
3.3.32喷液法
将钝化溶液喷射到零件上,经一段时间,再用清水冲洗干净。适宜于大尺寸零件。
3.3.33膏状涂抹法l9]
    分别将酸洗液、钝化液及载体调成糊状,用刷子或刮片将膏体涂刷在零件表面,然后用抹布擦掉,再用清水冲洗干净。可在现场进行,避免环境污染。但所需时间较长,一般在1一h2以上。
3.33.4钝化性涂料
即在油漆等涂料中加人钝化剂,提高涂料的耐蚀作用。钝化剂在涂料中起氧化和固化的作用。