Пассивирование металла: назначение, технология, методы

Несмотря на то, что нержавеющая сталь отличается высокой устойчивостью к коррозии, дополнительная защита, которую позволяет получить такая технологическая операция, как пассивация, для нее желательна. В отдельных случаях, когда большому риску развития коррозии подвержены даже изделия, изготовленные из нержавеющей стали, необходимость в выполнении такой процедуры не вызывает сомнений.

Примеры нержавеющих поверхностей, подвергнутых коррозии, и результаты проведенной пассивации

Технология пассивации металла, виды и составы

Пассивация — это формирование на поверхности металла тонких оксидных или солевых пленок, которые защищают его от внешней коррозии. Такое покрытие препятствует контакту металла с кислородом и агрессивными средами. При пассивировании защитные пленки могут образовываться на металлической поверхности как естественным, так и искусственным путем. В первом случае они состоят из оксидов химических элементов, входящих в состав самого металла, а во втором могут включать в себя оксиды и соли других химических элементов. Например, чистый алюминий естественным способом образует очень стойкую оксидную пленку, поэтому устойчив к большинству видов коррозии. А вот изделия из его сплавов, содержащих химически активные компоненты, уже нуждаются в искусственной коррозионной защите и поэтому подвергаются пассивированию в солевых растворах.
Пассивацию широко применяют для защиты поверхностей изделий из стали, меди, никеля, алюминия и их сплавов. Даже защитные цинковые и кадмиевые покрытия пассивируют солями хрома для повышения их коррозионной и механической стойкости. Пассивирование металла вызывает образование на его поверхности слоя оксидов или солей толщиной в несколько микрон, что практически не влияет на геометрические размеры изделий. С другой стороны, такие пленки могут снижать контактную проводимость основного материала, но, как правило, в меньшей степени, чем слой корродированного металла.

Причины устойчивости металла

Процесс коррозии характеризуется тем, что постепенно окисляясь под воздействием негативных факторов, поверхность нержавеющей стали разрушается. Если не предпринимать никакие меры, то деструкция будет поражать более глубокие его слои.

Таблица устойчивости металлов в разных средах

Пассивирование металла позволяет избежать представленной проблемы. Поверхность изделия покрывается защитной оксидной пленкой, а специальные добавки, входящие в раствор для обработки, улучшают свойства нержавейки. Новый материал не имеет повреждений.

В промышленных условиях есть возможность получить идеальный по толщине и однородности слой защиты от коррозии. Если условия, в которых будет использоваться изделие, не слишком агрессивные, то дополнительная обработка ему не нужна. Важно помнить, что механическое повреждение стали дает толчок коррозионным процессам.

Суть и описание процесса пассивации металла

При пассивировании поверхности металлических изделий обрабатывают растворами химических соединений, обладающих окислительными свойствами. В этой роли чаще всего выступают кислоты, нитриты и растворы солей хрома (реже — молибдена). Нанесение раствора на поверхность металлических заготовок производится методом погружения или вручную, с помощью специального оборудования. Применяемые при пассивировании растворы обычно состоят из основного реагента и нескольких добавок, ускоряющих и стабилизирующих процесс пассивации.

В общем виде процесс пассивирования состоит из следующих этапов:

1. Механическая очистка поверхностей изделия.
2. Химическое обезжиривание в растворе едкого натра и кальцинированной соды.
3. Промывка в проточной горячей, а затем холодной воде.
4. Пассивирование в течение заданного времени.
5. Нейтрализация в растворе кальцинированной соды.
6. Промывка путем многократного погружения в проточную холодную воду.
7. Сушка в сушильном шкафу или обдувом теплого воздуха.
8. Контроль качества поверхности после пассивирования производится визуальным или инструментальным способом. При неудовлетворительном результате процесс пассивирования повторяется, начиная с п. 1.

В приведенном примере описан технологический процесс пассивации с использованием стационарного производственного оборудования. Для пассивирования поверхностей изделий на месте их установки применяют ручные приводные инструменты и приспособления (см. фото ниже).

Свойства пассивированного металла и его применение

После пассивации на поверхности металла образуется устойчивый к коррозии слой, который в случае применения хроматов к тому же имеет повышенную механическую прочность. Некоторые металлы и сплавы склонны к естественной пассивации. Это особенно характерно для алюминия и нержавеющей стали с присутствием хрома. Но в случае нарушения структуры и химического состава поверхностного слоя они также могут подвергаться коррозии. При пассивировании нержавеющей стали для создания стойкой поверхностной защиты используется ее собственный хром, который, соединяясь с кислородом, образует плотную оксидную пленку. Все изделия из нержавеющей стали, работающие в агрессивных средах, заранее подвергаются пассивации, что помогает избежать (или отсрочить) их коррозию.

Пассивация железа и его сплавов в виде конструкционных и специальных сталей обычно проводится по покрытию из никеля, цинка или кадмия с использованием солей хрома. Такое пассивирование укрепляет поверхностный слой и позволяет эксплуатировать стальные изделия в течение длительного периода без опасности коррозии, а в случае ее проявления обрабатывать только пораженные участки. Пассивирование меди и ее сплавов (бронзы и латуни) выполняется как в защитных, так и в декоративных целях с применением хроматных растворов. В этом случае на поверхности медного изделия образуется тонкая прозрачная пленка, предохраняющая металл от окисления и сохраняющая его товарный вид.

Пассивирование серебра проводят для этих же целей с применением аналогичных технологий.

Травление нержавеющей стали

На поверхности нержавейки, где сталь нагревалась/перегревалась каким-либо путем, например при сварке или термической обработке до такой степени, что зачастую можно увидеть цвета побежалости, – образуется слой, обедненный хромом, что делает сталь менее устойчивой к коррозии Травление нержавеющей стали стали — это процесс нанесения раствора кислот (травильные паста, гели, травильные ванны) для удаления зон термического воздействия вместе с нижележащим слоем с пониженным содержанием хрома из нержавеющей стали. После процесса травленая нержавеющая сталь уже не имеет поверхностных загрязнений углеродистой сталью и частицами железа. После травления сталь обычно приобретает равномерный матово-серый оттенок. Проще говоря, травление удаляет термически обработанный слой нержавеющей стали и подготавливает поверхность к пассивации.

Виды пассивирования

По методу нанесения покрытия пассивирование бывает двух видов: химическое и электрохимическое. Кроме того, разновидности этой технологии классифицируют по типу химического элемента, из соединений которого образуется поверхностная пленка (хроматирование, никелирование, молибденирование и другие). Кроме того, выделяют естественную пассивацию — процесс образования защитного слоя у ряда металлов и сплавов под воздействием атмосферного и растворенного в воде кислорода.

Химическое

Химическое пассивирование происходит в результате притяжения отрицательных ионов растворенных в воде солей к поверхности металла, атомы которого имеют положительный потенциал. Для этого металлические изделия, предварительно очищенные и обезжиренные, помещаются в специальную ванну, заполненную соответствующим раствором. Основным компонентом в таком электролите является соль металла, образующего защитную пленку на поверхности изделия. Химическая пассивация также может выполняться по месту установки изделия. В этом случае все процессы, начиная от очистки и заканчивая пассивацией, нейтрализацией и обмывкой, выполняются вручную с помощью специального оборудования.

Содержание составов для пассивации

В состав растворов для пассивации цветных металлов в качестве основного реагента чаще всего входят хроматы калия и натрия, а также хромовый ангидрид. Для создания кислой среды в такие электролиты добавляют различные кислоты и соли, состав которых влияет на скорость создания и равномерность защитной пленки. Пассивирование меди проводят в растворах, содержащих в небольших количествах серную кислоту. При обработке алюминия в состав электролитов включают фосфорную кислоту, а для пассивации цинка и кадмия используют добавки в виде азотной и серной кислот. Содержание пассивирующих растворов для обработки изделий из стали зависит от их состава и часто включает в себя азотную кислоту и ее соли.

Все соли хрома (особенно шестивалентного) очень токсичны. Поэтому проводить хромовую пассивацию металлических изделий можно только на специализированных производствах, имеющих соответствующие системы очистки и водоотведения, а также специально обученный персонал.

Нигде не пишут, каким образом выполняется пассивирование солями хрома непосредственно в местах установки оборудования. Как в этих случаях удаляют химические реагенты? Или при такой обработке применяют другие составы? Если кто-нибудь располагает информацией по данному вопросу, поделитесь, пожалуйста, в комментариях к нашей статье.

Применение пассивации

К основным задачам пассивации относятся:

• предотвращение коррозийных процессов, протекающих в верхних слоях металла;
• защита от разрушения вновь созданных соединений, например, в месте сварочного шва (пассивациясварных швов);
• повышение электропроводности в месте электрического контакта;
• создание печатных плат по подготовленным шаблонам (травление);
• обработка готового изделия с целью придания новых декоративных и потребительских свойств.

Первая задача решается для большого количества металлов и их сплавов.Одним вариантов такой защиты является воронение. Во втором случае для создания прочного сварного соединения применяется пассивация анодов и конечная обработка полученного соединения после сварки. Проведение пассивации позволяет значительно повысить герметичность, полученных соединений. Это особенно важно припрокладке трубопроводов. Такая обработка очень полезна при проведении сварки трудно свариваемых металлов, например алюминия. Пассивация меди или латуни производится для создания временной защиты от потускнения поверхности изделия на определённый срок (обычно около месяца). Иногда это используется как временная консервация подготовленных деталей для хранения между операциями дальнейшей обработки или сборки.

Данный вид обработки необходим при эксплуатации изделий из металлов в следующих случаях:

• применение крепёжных элементов, особенно в условиях агрессивных сред и больших механических нагрузок;
• при сборке трубопроводов, особенно в местах сварных швов;
• для защиты котельного оборудования;
• деталей машин и механизмов, контактирующих с морской водой;
• элементы конструкций, работающих при изменении температурных режимов;
• отдельные элементы ручного и механического инструмента;
• готовые изделия, применяемые в быту (дверные ручки, мебельная фурнитураи тому подобное);
• декоративные поделки для интерьера;
• в радиоэлектронике для улучшения качества контактов;
• ювелирные украшения.

Решение задач повышения электропроводности решается с помощью нанесения наповерхность изготовленных контактов тонкого слоя металл, обладающего повышенной электропроводностью, например золота или серебра.

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.

Виды коррозии

Несмотря на то, что коррозионный процесс приводит практически к одинаковым последствиям, причины, ее вызывающие, могут быть различными. Наиболее частой причиной коррозии изделий из нержавейки, используемых в бытовых условиях, является применение для их чистки средств, содержащих в своем химическом составе значительное количество хлора. Такие средства активно способствуют разрушению оксидной пленки на металле, что приводит к развитию коррозионного процесса на всей его поверхности (т.е. общей коррозии).

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.

Технология процесса пассивирования

Подготовка к процедуре

Чтобы проверить, содержит ли нержавеющая сталь примеси каких-либо других материалов, способствующих процессу коррозии, можно использовать один из следующих способов:

Обработка составом на основе ферроцианида калия и азотной кислоты. Если нанести эту смесь на поверхность изделия, то все ненужные включения приобретут синий цвет. Таким способом не получится воспользоваться в домашних условиях, так как он исключительно промышленный.

Нанесение воды. Этот способ можно использовать дома, но изделие придется подержать в этой среде несколько дней. В течение этого времени включения свободного железа покроются ржавчиной.

Виды пассивации

Пассиваторы – это вещества для обработки поверхностей нержавеющего металла для предотвращения коррозии. Для обработки потребуются вещества, обеспечивающие окислительные свойства. Существуют такие виды пассивации:

• Химическое пассивирование. В этом случае изделие полностью окунается в раствор или же состав наносится на ее поверхность тонким слоем. Процесс может проводиться при комнатной температуре или же с применением нагрева.
• Электрохимический. Тут тоже понадобится раствор окислителя, но для создания прочного защитного слоя потребуется еще и электрический ток. Такой способ пассивации является более качественным.

Растворы для окисления должны изготавливаться из веществ, которые трудно растворяются в воде.

Особенности самого процесса пассивирования

После очистки можно приступить к самому процессу. Поверхность изделия покрывается смесью, в состав которой входит лимонная или азотная кислота. Чтобы улучшить свойства нержавеющего металла и его коррозийную устойчивость в раствор следует добавить немного бихромата натрия.

Процесс электрохимической пассивации нержавеющего материала состоит из таких этапов:

Пассивация в барабанах

1. Подготовка изделия. Поверхность нужно ошкурить и промыть обезжиривающим средством.
2. Приготовление раствора электролита.
3. Проведение тока. Он должен проходить под небольшим напряжением. Источник тока обязан быть постоянным.
4. Дополнительная обработка после процедуры. Тут необходимо проверить, насколько прочным является материал в итоге.

Прежде чем проводить химическое пассивирование, необходимо удостовериться, что это действительно необходимо. То есть мастер обязан проанализировать те условия, при которых будет использоваться изделие из нержавеющего металла. Пассивирование обычно производится в том случае, если защитить нужно верхний слой материала.

Нанесение защитной оксидной пленки позволяет нержавеющему материалу длительное время оставаться невредимым под воздействием негативных факторов внешней среды. Но и его нужно использовать тогда, когда есть необходимость.

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.

Пассивация различных видов металлов

Пассивация нержавеющей стали

Такой вид обработки активно используется в области производства. Применение подхода такого рода обуславливается необходимостью тщательного обезжиривания поверхности изделия. При помощи этой технологии можно значительно увеличить защиту материала от внешних агрессивных факторов и длительность его эксплуатации.

Пассивация сварных швов нержавеющей стали

Нержавеющая сталь любого качества, даже самая высококачественная, может подвергнуться коррозии после сварки. Чаще всего коррозионные процессы на нержавеющей стали развиваются в районе сварных швов. Обработка сварных соединений, вследствие этого, становится одной из наиважнейших задач при работе с нержавейкой.

Пассивацию сварных швов нержавеющей стали наша компания рекомендует производить с использованием аппаратов для очистки сварных швов Steelguard. Электрохимические установки легки в использовании и качественно обрабатывают шов, придавая ему «зеркальность». Последнее стало возможным благодаря тому, что в установках предусмотрена возможность электрохимической полировки.

https://youtube.com/watch?v=ohkACgxyUqE

Пассивация меди

В процессе обработки используются специальные растворы хрома. На медном основании достаточно сложно создать плотную защитную пленку и именно за счет таких растворов это становится возможным. Образуется плотный защитный слой, который в дальнейшем не стирается.

Пассивация алюминия

На алюминиевом материале в естественных условиях под действием кислорода создается прочная оксидная пленка. Большинство вспомнят опыт школьных годов на уроке химии: алюминиевая проволока опускается в ртуть, после чего с нее счищается небольшой слой при помощи надфиля. Далее обработанный конец вынимается из емкости с ртутью, и он на воздухе моментально покрывался так называемой “шубой”. Однако при атмосферном воздействии оксид алюминия не может образоваться так быстро, при этом пленка прозрачная, а ее толщина не превышает нескольких миллимикрон (ммк). Главный минус природной пленки заключается в том, что она неустойчива к длительному воздействию активных кислот и резкому повышению температуры.

Чтобы обеспечить стойкую защиту на изделии из алюминия, необходимо пройти процедуру анодирования, вследствие которой получаются защитные пленки (пассивный слой) толщиной 5-20 ммк. Некоторые режимы позволяют создать сверхпрочную пленку, которая способна выдерживать нагрузки в пределах 1500 кг на мм.

Пассивация серебра

Для защиты верхнего слоя серебра применяется обработка материала в хромпике, он же двухромовокислый калий. Для этого 60 г вещества разводится с 1 л кипяченой воды. Температура полученного раствора должна быть в пределах 25-40 градусов.

В процессе обработки серебряное изделие погружается в емкость с раствором на 30 минут. Раствор необходимо время от времени перемешивать. Если разведенного объема хромпика недостаточно для полного покрытия изделия (объемный серебряный канделябр и т. д.), то не следует практиковать попеременное обрабатывание его поверхности. Лучше всего развести реактив в необходимом для подходящего объема количестве воды.

Пассивация латуни

Пассивация латуни применяется для изделий, используемых при производстве оружия, в авиации, медицине. Хорошая устойчивость к коррозии и долговечность использования привлекает ювелиров и художников, а также светотехников.

Популярностью пользуется пассивирование латуни с приданием деталям золотистого цвета. Такой метод взяли на вооружение рыбаки, которые таким образом пассивируют блесны из латуни. Образующаяся на рыболовной снасти пленка устойчива и не пропускает влагу.

Пассивация хрома

В большинстве случаев используется для обработки оцинкованных деталей. Металлические изделия проходят обработку такого типа только в условиях специализированного производства, которое имеет системы водоотвода и очистки.

Пассивация трубопроводов

Во избежание разрушения нержавеющей стали, необходимо обязательно пассивировать следующие конструкции:

• Трубные (зачастую обрабатываются с помощью сварки);
• Контактирующие с соленой водой (такие больше всего подвержены риску разрушения);
• С присутствием крепежей (здесь детали проходят механическую обработку).

Сущность процесса

Пассивация не относится к операциям электролитической отделки, при которой увеличивается коррозионная стойкость нержавеющих сталей. В процессе пассивации обычно используется разбавленная азотная или лимонная кислота, способствующая образованию инертного защитного оксидного слоя. Он более инертен к воздуху, поэтому замедляет последующую коррозию.

Кислота химически удаляет – растворяет – свободное железо с поверхности нержавеющей стали, заменяя его тонкой поверхностной плёнкой, состоящей из менее химически активных оксидов. Поскольку в составе любой нержавеющей стали присутствует большое количество хрома, то в результате пассивации образуется именно оксид хрома, имеющий повышенную толщину. Поверхность пассивируется, а защита от ржавчины улучшается. Одновременно происходит удаление поверхностных загрязнений.

Какие окислители требуются для пассивации

Главным условием пассивации нержавеющей стали является то, чтобы пассивация не разрушала основной металл. Поэтому окислитель должен быть «мягким», с относительно малым рН. При таких условиях защитная пассивная плёнка образуется самопроизвольно. В качестве таких веществ лучше использовать лимонную кислоту, поскольку органические кислоты работают мягче, чем минеральные, к тому же они не нуждаются в специальной подготовке.

Можно ли обойтись без пассивации? Нержавеющая сталь обладает коррозионно-стойкими свойствами благодаря содержанию в ней хрома, однако не является абсолютно непроницаемой для коррозии. Окисляясь в присутствии лимонной кислоты, хром образует стойкую к влаге поверхностную плёнку.

Последовательность проведения пассивации

Рекомендуется следующий порядок проведения рассматриваемой технологии:

1. Предварительная очистка поверхности пассивируемой детали от любых загрязнений.
2. Химическая обработка путем погружения материала в ванну с лимонной кислотой.
3. Промывка в воде.
4. Нейтрализация остатков кислоты в водном растворе карбоната натрия.
5. Сушка.
6. Тестирование готовой поверхности (используется электроконтактный метод измерения, поскольку проводимость пассивированного слоя хуже, чем обычного).

Пассивацию рекомендуется выполнять для всех марок нержавеющих сталей, которые содержат в своём составе более 0,02% серы (даже, если визуально поверхность кажется чистой и блестящей). Особенно желательной является обработка сталей, содержащих сульфиды, а также титан и тантал – металлы, оксиды которых сравнительно быстро разрушаются во влажной атмосфере.

Для усиления эффективности пассивации в растворы кислотных ванн обычно добавляют дихромат натрия. Более производительны варианты с одновременным наложением ультразвуковых колебаний: в таких условиях интенсифицируется образование оксида хрома, которое начинается ещё тогда, когда обрабатываемый материал находится в кислотной ванне.

Толщина пассивирующей плёнки весьма мала – до 5 мкм, но этого достаточно для надёжной защиты поверхности нержавеющей стали от коррозии.

Химическая пассивация как оптимальное покрытие жаропрочной стали

Пассивация металла — процесс, в результате которого на поверхности металла образуется оксидная плёнка, препятствующая образованию коррозии. Название метода покрытия происходит от слова «пассивность». Цель пассивации — снизить химическую активность металла при взаимодействии с другими металлами или агрессивными условиями окружающей среды.

В своём роде, появление плёнки — то же разрушение металла. Но, разрушая верхний слой материала на несколько десятков нанометров, пассивация спасает нижние слои от появления ржавчины.

Таким образом, химическая пассивация — взаимодействие окислителя с обрабатываемой поверхностью.

Этапы химической пассивации

1. Если предварительно не подготовить металлическое изделие, то окислитель вступит в реакцию не со сплавом, а с посторонними элементами. Поэтому, перед пассивацией необходимо зачистить поверхность. Очистку выполняют 2 способами: мытьём или ошкуриванием изделия при помощи наждачной бумаги. Теперь можно приступить к пассивации.

2. Сам процесс представляет нанесение на изделие химического реагента. На сплаве образуется защитная плёнка, состоящая в основном из солей и окислов. Плёнка делает структуру изделия наиболее крепкой и долговечной. Эффективность процедуры зависит от следующих факторов:

• состав раствора;
• состав сплава;
• состояние поверхности обрабатываемой детали.

Лучше всего поддаются химической пассивации высоколегированные стали, особенно хромникелевые. А вот углеродистые стали следует обрабатывать только для кратковременной защиты, так как уровень защитного слоя на них существенно слабее.

3. Очистка при помощи воды. Соли, которые могли остаться на изделии, могут вызвать коррозию. Поэтому промывку следует проводить тщательно.

4. Остатки кислоты необходимо нейтрализовать с помощью 2-3 % раствора аммиака или раствора, состоящего из 25-30 г/л олеиновой кислоты и 2-4 г/л гидроксида натрия. Обработка проводится при 80 – 90 °С на протяжении 2-3 минут.

Какой раствор используется?

Использование различных растворов зависит от свойств сплава. Рассмотрим, какие растворы применяются для пассивирования различного класса черных металлов:

Высоколегированные сплавы, устойчивые к коррозии — азотная и серная кислоты.

• Сплавы ферритного класса — калий двухромовокислый, азотная кислота.
• Углеродистые стали — калий двухромовокислый, хромовый ангидрид, фосфорная кислота, гидроксид натрия.
• Среднелегированные стали — хромовый ангидрид, фосфорная кислота.

Температура и время пассивирования также зависят от класса сплава. Температура составляет диапазон от 18 до 90 °С, а время — от 3 до 60 минут.

Чем выше температура раствора, тем быстрее протекает процесс.

Применение пассивации

• Пассивация используется для металлических деталей под покраску. Она не только защищает от коррозии, но и обезжиривает изделия. Применяется в сфере машиностроения.
• Пассивация паровых турбин. Но зачем нужна пассивация нержавеющей стали, ведь она и так не поржавеет? Оказывается, если сплав находится в непрекращающемся контакте с агрессивной средой, то он может разрушиться. В качестве примера выступает сварной шов. Иногда на нём присутствуют частички железа. И тогда подвергается коррозии даже нержавейка.
• Стоматологическая область. Обрабатываются нижняя часть имплантов — винты, которые вмонтируются в челюсть. Пассивация используется для исключения разрушения импланта в челюстной кости.
• Химическая пассивация часто проводится с декоративной целью. При кратковременной обработке на поверхности появляется радужная плёнка. Яркие предметы использования — краны, дверные ручки.
• Пассивация украшений из бижутерии используется во избежание аллергических реакций.

Химическая пассивация заметно продлевает срок службы изделий из металла и заслуживает широкого применения в самых разнообразных областях.

Как пассировать 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.

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