不锈钢零件的钝化

不锈钢钝化
杰克·莱 CNC加工专家

专长于 CNC铣削, CNC车削, 3D打印, 聚氨酯铸造, 和 钣金加工 服务。


通常,机械车间和制造各种零件材料(包括不锈钢、钛和钽)的制造商经常会问到一些问题。这些包括诸如“什么是钝化”、“钝化如何工作”和“如何在机加工操作后钝化不锈钢零件或组件?”等问题。今天在这篇文章中,我们将调查这些问题,逐个回答以帮助您更好地理解该过程。那么,让我们开始吧。

不锈钢钝化

不锈钢零件的钝化
不锈钢零件的钝化

为了防止腐蚀和生锈,我们使用一种典型的精加工工艺,称为钝化。对于不锈钢,我们在钝化过程中使用硝酸或柠檬酸来消除表面存在的游离铁。这种化学处理形成了一层氧化物防御层,其与周围空气的化学反应较少,可防止腐蚀。反过来,当不锈钢被钝化时,它会抵抗生锈和腐蚀。

钝化不锈钢的含义

对于制造商而言,ASTM A967 和 AMS 2700 等行业标准展示了最常用的不锈钢钝化标准。如 ASTM A967 所述,钝化定义为使用普通氧化剂对金属进行化学处理,例如使用硝酸溶液对不锈钢进行化学处理,同时去除游离铁或其他外部物质。

此外,ASTM A380 定义钝化是指借助化学溶解从不锈钢表面去除外来铁或铁化合物——最常见的是通过用酸性溶液处理,这将消除表面污染但不会显着影响不锈钢本身。它进一步指出,该过程旨在增强外部保护膜的临时形成。

钝化不锈钢的好处

钝化不锈钢的好处

在制造和制造新加工的不锈钢零件或组件后,通常最好进行钝化。它提供的一些好处是:

  • 它通过在零件上形成化学层来防止零件生锈。
  • 它增加了产品的使用寿命和耐用性。
  • 产品表面存在的污染物被去除。
  • 减少了维护需求。

钝化过程如何工作?

通常,铁、镍和铬是不锈钢的组成部分,因为它指的是铁基合金。此外,不锈钢中存在的铬使其具有抗腐蚀能力。基本上,铬通过在暴露于空气中的氧气时形成一层氧化铬来保护铁不生锈。同时,钝化工艺增强并放大了氧化铬层的形成。

当我们将不锈钢浸入酸浴中时,铬保持完整,而表面上的游离铁被溶解。由于酸溶解了所有游离铁,铬在表面形成均匀层,其比例高于下方的铁。

当不锈钢在酸浴后暴露在空气中的氧气中时,会在 24 到 48 小时内形成氧化铬层。表面形成的氧化铬层更厚,提供更多的防腐蚀保护。毫无疑问,这是由于与其他金属相比,表面存在大量铬。此外,当我们去除表面上存在的游离铁时,发生腐蚀的机会就会停止。请记住,它会通过钝化层提供的化学非反应性表面来防止生锈。

什么时候需要钝化?

在执行了诸如磨削、焊接、切割和其他影响不锈钢的机加工操作的过程之后,我们接着进行钝化过程。然而,钝化似乎是不必要的,因为不锈钢在理想条件下已经可以抵抗腐蚀。

但话又说回来,在实际情况下,可能会遇到一些困难,导致氧化层无法正确形成,无法起到防腐蚀作用。这些包括:

  • 制造过程中存在不需要的材料,例如磨屑、污垢等。
  • 添加的硫化物可提高不锈钢的可加工性。
  • 来自切削工具的铁颗粒进入不锈钢零件的表面。

为了获得均匀的耐腐蚀表面,必须完全去除这些杂质。毫无疑问,这些问题可以通过执行钝化过程来纠正。

钝化不是什么?

不是电解。钝化不是电解过程,也不依赖于电化学反应。相反,钝化是一种化学处理。

不适用于去除水垢。钝化不是指在焊接或热处理后去除机加工零件上的氧化皮。

不是一层油漆。钝化后不锈钢的表面颜色或外观不会发生变化。对于要涂漆或粉末涂层的物品,不需要钝化。

如何钝化不锈钢?

对于不锈钢、钛和不同材料的钝化,有许多钝化规范(AMS 2700、ASTM A967)用于指导如何正确钝化。几乎所有规范的标准化学清洗和钝化工艺阶段是:

  • 清洁——去除表面的油污、油脂等杂质。
  • 钝化——将材料浸入含有硝酸或柠檬酸的酸浴中。
  • 测试——为确保前面步骤的有效性,测试钝化的不锈钢表面。

根据某些规范,还可以在硝酸浴中加入重铬酸钠,以加快氧化层(钝化膜)的形成速度。但重铬酸钠是六价铬化合物,有剧毒。因此,当材料仍浸没在酸浴中时,使用替代工艺来促进金属表面的氧气形成。这些替代品的例子包括超声波机和柠檬酸。

金属通常浸入酸槽中 20 至 30 分钟。然而,温度可以在更大范围内变化,通常在 120 至 150 °F 之间。这是因为温度主要取决于不锈钢的等级和酸化学性质。

钝化不锈钢零件的步骤

对于要组装的钝化线,需要一个能够对不锈钢进行清洁和钝化的工艺。同时,不锈钢钝化过程中最常见和必要的步骤如下:

  1. 使用碱性清洁去除所有污染物,如油和异物。氢氧化钠、Micro-90 和 Simple Green 是此过程中常用的清洁剂的几个例子。
  2. DI(去离子)或 RO(反渗透)水用于在高精度行业中进行水冲洗。
  3. 准备硝酸或柠檬酸浸浴以完全溶解表面上的任何游离离子和硫化物。它还加速了钝化氧化膜的形成。
  4. 再次用水冲洗以清除任何残留的酸残留物,通常在高精度工业中使用去离子水。
  5. 再次用水冲洗,在高精度行业中最好再次使用去离子水。
  6. 现在,部件需要干燥。
  7. 在使用盐雾、室暴露、高湿度或硫酸铜测试时,样本部件会根据多种规格标准和标准进行测试。

钝化金属时要记住什么?

金属钝化可以称为一种控制腐蚀的方法。由于酸通常作用于金属,因此在钝化过程中,酸浴会以均匀且有序的方式溶解/腐蚀表面上存在的游离铁。尽管如此,如果过程控制不当,可能会发生称为“闪击”的现象,从而导致腐蚀失控。这种闪击会导致金属表面变暗并被明显蚀刻,这是一种可以通过使用钝化层来防止的腐蚀类型。

但话又说回来,可以采取一些步骤来防止这种情况发生。

确保酸溶液中无污染物

这对于防止闪电攻击至关重要。这种补救措施通常涉及定期用新鲜溶液重新填充酸性罐,同时避免酸浴溶液中的污染物。另一个建议是使用更高等级的水,例如 RO 或 DI 水,与自来水相比氯化物相对较少。因此,它也可以防止闪电攻击等问题。

彻底清洁金属零件

在酸浴之前清洁金属部件是另一个关键过程,可作为严重问题的对策。零件上的油脂或切削油等任何杂质都会形成气泡,可能会干扰整个过程。考虑在这种情况下使用脱脂剂。

单独使用多种清洁剂或更换当前的清洁剂也可以确保零件不含各种污染物。有时,焊接或热处理产生的热氧化物可能需要在钝化过程之前进行打磨或酸洗去除。

小心不锈钢的混合等级

300系、400系等不锈钢牌号不宜同时混入酸浴中。原因是它可能会增加电偶腐蚀的可能性。