不銹鋼鈍化工藝的發(fā)展
從合作項(xiàng)目和引進(jìn)資料中可以看出,國(guó)外凡不銹鋼零件,如無(wú)電鍍等要求的,一般都要經(jīng)過(guò)鈍化處理才能裝配使用,且對(duì)鈍化工藝的操作控制和鈍化膜的質(zhì)量檢驗(yàn)都極為嚴(yán)格。事實(shí)證明,不銹鋼只有經(jīng)過(guò)鈍化處理后,才能使表面保持長(zhǎng)久穩(wěn)定(即鈍態(tài)),提高耐蝕程度。
本文根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)和生產(chǎn)實(shí)踐,綜合論述不銹鋼的各種鈍化工藝,并論述不銹鋼的合金組織和加工狀態(tài)對(duì)鈍化工藝的影響,以及有關(guān)鈍化膜的質(zhì)量控制。
1不銹鋼鈍化工藝的用途和分類
1.1不銹鋼鈍化工藝的用途不銹鋼鈍化工藝的用途如下:
(l)提高不銹鋼在環(huán)境介質(zhì)中的熱力學(xué)穩(wěn)定性。經(jīng)鈍化的不銹鋼在金屬電偶序中處于較正的位置(與銀相近),而活態(tài)不銹鋼則處于較負(fù)的位置(與普通鋼鐵相近)。(2)預(yù)防不銹鋼的局部腐蝕。一般,不銹鋼的各種局部腐蝕(甚至包括磨損腐蝕和腐蝕疲勞)都與表面質(zhì)量有關(guān)。例如鈍化可以消除點(diǎn)蝕的萌生源,并使臨界點(diǎn)蝕的電位變正l’]。
(3)保證不銹鋼表面具有足夠的清潔度。鈍化可以清除掉不銹鋼表面的金屬污染物,如粘附或嵌人不銹鋼表面的金屬雜質(zhì)(銅、鋅、福、鉛及低熔合金)和游離鐵,使表面清潔穩(wěn)定。這在尖端技術(shù)中十分重要,因?yàn)檫@些金屬污染物容易導(dǎo)致不銹鋼腐蝕破裂。
(4)清除不銹鋼表面的熱加工氧化物。為此需用兼有浸蝕和鈍化作用的溶液,如含有氫氟酸的硝酸溶液。
(5)作為其他工序的補(bǔ)充處理,如不銹鋼在噴砂、噴丸、電拋光和化學(xué)拋光后都應(yīng)進(jìn)行鈍化處理。
(6)醫(yī)療外科用的不銹鋼植人物通過(guò)鈍化處理,可以凈化表面,防止人體組織液的腐蝕。
1.2不銹鋼鈍化工藝的分類
根據(jù)不銹鋼容易在氧化性介質(zhì)中形成膜層的特點(diǎn),最常用的鈍化劑是硝酸,此外還有其他類型的鈍化方法,詳見圖1。干法J一室}一熱溫法處理法體型不銹鋼的強(qiáng)化不必經(jīng)過(guò)熱處理,一般具有較均勻的組織,鈍化效果較好。而馬氏休型不銹鋼則需要通過(guò)熱處理強(qiáng)化,產(chǎn)生多相組織,這既降低材料本身的耐蝕性,也不利于鈍化工藝的進(jìn)行。
(3)從加工狀態(tài)來(lái)說(shuō),經(jīng)機(jī)械加工的切削件和拋光件鈍化效果最好。而粗糙表面,如鑄造、噴砂、鍛造等零件,鈍化效果較差。
(4)不銹鋼的某些元素,如錳、碳、硅、硫、硒等,對(duì)鈍化不利。尤其是含硫、硒的不銹鋼,鈍化效果較差。
(5)經(jīng)滲碳、滲氮、銅焊及其他軟釬樣的不銹鋼零件,不允許鈍化。因?yàn)殁g化處理會(huì)損害前道工序的質(zhì)量。
2 不銹鋼的干法鈍化工藝
單一硝酸型 硝酸/重鉻酸鹽型 硝酸/氫氟酸型 王水型
不銹鋼屬一于自鈍化金屬,在空氣中具有強(qiáng)烈的鈍化趨勢(shì)。本工藝就是將不銹鋼零件置于清潔空氣中,經(jīng)一段時(shí)間的存放或加溫處理,形成表面鈍化膜。如將零件置于干燥器中存放24h,可以形成自然鈍化膜。亦可在熱處理爐中加溫處理。還可以在較高溫度下通過(guò)變更溫度和時(shí)間,進(jìn)行調(diào)色處理。有時(shí)還需使?fàn)t內(nèi)成為真空,或通人保護(hù)氣氛,如蒸汽、氫氣、氨氣等。但是所有上述處理前,必須仔細(xì)清理零件,表面不能有油污、氧化物和其它臟物。
一酸型硝電化學(xué)法化學(xué)法
不銹鋼鈍化工藝
鉻酸或重鉻酸鹽型
硫酸型
雙氧水型
堿液型
L型酸硝
圖1不銹鋼鈍化工藝分類
L3不銹鋼的可鈍化性為了取得最佳鈍化效果,應(yīng)根據(jù)不銹鋼的合金組成和加工狀態(tài)來(lái)確定鈍化工藝。鈍化效果既取決于工藝方法,也受到不銹鋼材料的制約。不銹鋼的可鈍化性歸納如下:
(l)不銹鋼的鈍化能力取決于組成元素的鈍化能力。在組成元素中,鎳、鉻屬于鈍化性強(qiáng)的元素,而鐵的鈍化能力則次之。因此,鎳和鉻的含量愈高,不銹鋼鈍化能力愈強(qiáng),而且鈍化穩(wěn)定性隨著鎳鉻含量的提高而增加。
(2)就不銹鋼類型來(lái)說(shuō),奧氏體型、鐵素3不銹鋼的化學(xué)鈍化工藝
3.1硝酸型 迄今為止,硝酸型仍是應(yīng)用最廣的鈍化液。根據(jù)溶液組成物不同,可分為單一硝酸型、硝酸/重鉻酸鹽型、硝酸/氫氟酸型、工水型等。
3.1.1單一硝酸型鈍化溶液由硝酸組成,屬子通用型,可用于各種不銹鋼鈍化。根據(jù)硝酸濃度可分為高濃度(40%一60%,體積比,下同)和低濃度(20%一40%)或者酸、水濃度為卜1或:12
的兩種配方。
20%硝酸配方適用各種不銹鋼。20%一40%硝酸,50一70℃,60~,適用300型不銹鋼和含鉻量)17%的400型不銹鋼(易切削鋼除外)。溶液溫度低于40一50℃時(shí),可處理含鉻量<17%的400型不銹鋼及鈍鉻易切削類不銹鋼「2}。
3.1.2稍酸/重鉻酸鹽型
該型溶液中需添加少量重鉻酸鈉或重鉻酸鉀,以增強(qiáng)溶液的鈍化能力。該型溶液在國(guó)外應(yīng)用較廣,常用配方及適用鋼種見表21’]。60一70℃,30rnlno據(jù)資料4[],對(duì)易切削的純鉻鋼和含鉻12%一14%的鋼,鈍化需用更濃的溶液:硝酸40%一60%,Na廠Orz:1.5%一2.5%,37一60℃,可防止出現(xiàn)云狀花紋,對(duì)易切削鉻鎳鋼,建議使用硝酸20%,重鉻酸鈉2%的溶液,43一54℃。該工藝還可代替其他容易導(dǎo)致不銹鋼腐蝕的鈍化配方。硝酸/重鉻酸鹽型溶液還適用于經(jīng)過(guò)機(jī)械加工、具有較低粗糙度表面的低鉻不銹鋼。對(duì)于再硫化的不銹鋼,如含硫.03%的416、430和300型鋼,可避免產(chǎn)生浸蝕性的灰色或黑色表面。3.1.3硝酸/氫氟酸型
該型溶液是兼有浸蝕和鈍化作用的綜合型配方�？稍阝g化同時(shí),清除掉熱加工氧化皮和表面極薄的貧鉻層金屬。當(dāng)氧化皮除去后,整個(gè)反應(yīng)轉(zhuǎn)變以鈍化為主。典型工藝為:HNO310%,HIF%,76℃,3而n。根據(jù)不同鋼種選擇鈍化溶液,見表3。國(guó)內(nèi)有關(guān)工藝則有1)HF一l法、PA法等
3.1.4王水型
該型配方見于國(guó)內(nèi)60年代文獻(xiàn)。具體工藝為:普通王水,配制后放置24h后使用,鈍化時(shí)間10一20~,表面為銀白色。當(dāng)鈍化時(shí)間延長(zhǎng)到30n衛(wèi)n時(shí),表面便出現(xiàn)麻點(diǎn)。經(jīng)稱重,鈍化后零件有失重現(xiàn)象。在不銹鋼鈍化中,鹽酸為去鈍化劑。雖然在很稀的鹽酸中,不銹鋼有可能鈍化,但大量接觸氯離子,對(duì)不銹鋼終非益事,該型溶液未見有正式使用的報(bào)導(dǎo)。
3.3.2非硝酸型
為防止硝酸的NOx有害氣體,還出現(xiàn)一些非硝酸型鈍化配方,如硫酸型、雙氧水型、堿液型等.鉻酸或重鉻酸鹽型屬于非硝酸型,但本身也存在鉻污染問(wèn)題。
3.3.2.
1鉻酸或重鉻酸鹽型
該工藝與銅合金鈍化相似,是不銹鋼鈍化的早期配方。鉻酸和重鉻酸鹽是強(qiáng)氧化劑,具有較好的鈍化效果,但因鉻污染問(wèn)題,現(xiàn)避免使用。有些則發(fā)展為專門的不銹鋼染色工藝。
3.2.2硫酸型 該型溶液適用于200、3c0、400型不銹鋼、沉淀硬化鋼、以及除切削鋼之外的馬氏體時(shí)效鋼。配方為:H多0:8%一H%(體積),65oC,5一45n刀no
上述不銹鋼在硫酸溶液中處理可達(dá)到鈍態(tài),具有一定的耐蝕能力,但表面光潔度低,在生產(chǎn)中較少使用。但近來(lái)也出現(xiàn)光亮型的硫酸鈍化配方。
.3.23雙氧水型
該型溶液以雙氧水作為氧化劑,濃度控制在25%一30%,并加有整平光亮劑和穩(wěn)定劑。工作條件為55一59℃,5一snun。鈍化后還要在有機(jī)緩蝕劑中進(jìn)行補(bǔ)充處理,增強(qiáng)鈍化膜的耐蝕性,20一300C,10一15517]。
3.2.4堿液型
3Cr13、4Cr3I馬氏體型不銹鋼的耐蝕性較差,用酸性鈍化難以取得滿意效果。近期有報(bào)導(dǎo),可以在堿性溶液中鈍化。配方為:氫氧化鈉14%,磷酸鈉3%,氧化劑2克/升,100一110℃,鈍化時(shí)間通過(guò)試驗(yàn)確定。零件鈍化前需在22ilITL/硫酸溶液中浸蝕3偽。
該工藝的操作要點(diǎn)是:嚴(yán)格控制各成分的濃度,保持恒溫.零件鈍化在未出現(xiàn)色澤變化之前,就應(yīng)從槽中取出,以保持本色。
3.33處理方法
3.3.31浸漬法
這是最普通的方法,將零件浸人溶液中,按指定規(guī)范處理。所用籃子、夾具都應(yīng)用不銹鋼材料制造。
3.3.32噴液法
將鈍化溶液噴射到零件上,經(jīng)一段時(shí)間,再用清水沖洗干凈。適宜于大尺寸零件。
3.3.33膏狀涂抹法l9]
分別將酸洗液、鈍化液及載體調(diào)成糊狀,用刷子或刮片將膏體涂刷在零件表面,然后用抹布擦掉,再用清水沖洗干凈�？稍诂F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行,避免環(huán)境污染。但所需時(shí)間較長(zhǎng),一般在1一h2以上。
3.33.4鈍化性涂料
即在油漆等涂料中加人鈍化劑,提高涂料的耐蝕作用。鈍化劑在涂料中起氧化和固化的作用。
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