Пассивация нержавеющей стали

Пассивация нержавеющих сталей

Процесс пассивации возвращает нержавеющую сталь или другие металлы обратно к своим первоначальным спецификациям, удаляя ненужные вкрапления и масла с поверхности.

 При механической обработки детали из нержавеющих сталей, различные частицы могут проникать в поверхность основного металла, ослабляя его устойчивость к коррозии и делая деталь более восприимчивой к факторам окружающей среды.

 Искры, грязь и другие частицы и остатки, такие как свободное железо, смазка и обрабатывающие масла, влияют на прочность естественной поверхности и могут проникать в поверхность в процессе обработки. Они остаются невидимыми для человеческого глаза и часто являются причиной коррозии.

  «Пассивный» определяется — как менее подверженный влиянию факторов окружающей среды. Процесс улучшает и очищает поверхность детали. Восстановленная поверхность действует как защитное покрытие для таких факторов окружающей среды, как воздух, вода и другие экстремальные условия. Важно отметить, что пассивация не меняет внешний вид основного металла.

Преимущества пассивации

• Улучшенное сопротивление коррозии
• Равномерное сглаживание
• Удаление заусенцев
• чистота
• Долгий срок службы изделий

• Пассивация остается важным этапом в максимизации коррозионной стойкости деталей и компонентов из нержавеющей стали.Процесспозволяет существенно увеличить срок эксплуатации деталей.Неправильно выполненная пассивация может фактически вызвать коррозию.
• Пассивация представляет собой метод позволяющий максимизировать присущую коррозионную стойкость нержавеющего сплава, из которого изготовлена заготовка
• Нет универсального способа 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!
• 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 этих частицах может появиться тонкое покрытие ржавчины. Это фактически коррозия стали из инструмента, а не основного металла. Иногда частицы стали из режущего инструмента или продуктов его коррозии может вызвать повреждение самой детали.
• Точно так же мелкие частицы железосодержащей 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.  Если деталь не будет правильно пассивирована, сульфиды могут выступать в качестве центров инициации для коррозии на поверхности продукта.
• В всех случаях требуется пассивация, чтобы максимизировать естественную коррозионную стойкость нержавеющей стали.Онапоможет удалить поверхностное загрязнение, такие 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. чистка, (обезжиривание, травление), но в некоторых случаях не выполняемая процедура 2. кислотная ванна или пассивирующая обработка.

·         Первая очистка

• Смазка, охлаждающая жидкость или другие загрязнения должны быть тщательно удалены от поверхности, чтобы получить наилучшую коррозионную стойкость.. Коммерческий обезжириватель или моющее средство можно использовать для очистки механических масел или охлаждающих жидкостей. Посторонние вещества, такие как термические оксиды, возможно, должны быть удалены путем измельчения или такими методами, как кислотное травление.
• Иногда оператор может пропустить основную очистку, предполагая ошибочно, что просто погружая смазку в кислотную ванну, одновременно чистка и пассивирование будут происходить одновременно.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» коррозии. Вместо того, чтобы получить желаемую оксидную пленку с блестящей, чистой, коррозионностойкой поверхностью, вспышка вызывает сильно протравленную или затемненную поверхность — ухудшает саму поверхности, что пассивация предназначена для оптимизации.
• Части, изготовленные из мартенситных нержавеющих сталей [которые являются магнитными, с умеренной коррозионной стойкостью и с пределом текучести до (1930 МПа)], на квадратный дюйм затвердевают при высокой температуре и затем отжигаются для обеспечения требуемой твердости и механических свойств.Осаждающие упрочняемые сплавы (которые обеспечивают лучшее сочетание прочности и коррозионной стойкости, чем мартенситные сорта) 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 слои остаются  с крапчатой да же после удаления окалины кислотными или абразивными методами. Разрезающие жидкости могут оставаться на деталях и затвердевать в вакуумной печи или защитной атмосфере, может произойти науглероживание поверхности, что приведет к потере коррозионной стойкости.
• Травление
• Травление — это удаление смежного низко хромистого слоя металла с поверхности нержавеющей стали химическими средствами.
• Там, где сталь нагревается путем сварки, термической обработки или других средств, до такой степени, что можно увидеть цветной слой оксида, на поверхности стали под оксидным слоем имеется обедненный хромом слой.Более низкое содержание хрома дает более низкую коррозионную стойкость. Чтобы восстановить наилучшую коррозионную стойкость, необходимо удалить поврежденный металлический слой, обнажив полностью легированную поверхность из нержавеющей стали. Механическое удаление может привести к образованию абразивных или других частиц (препятствующих коррозии) или может быть непрактичным, поэтому обычно используются химические средства.
• Процедуры, включающие травильные растворы азотной (HNO 3) и фтористоводородной (HF) кислот, удаляют масштаб и нижний слой, обедненный хромом, и восстанавливают коррозионную стойкость. Растворы травления также удаляют загрязняющие вещества, такие как частицы железа и железа. Растворы травления, отличные от смесей азотной и фтористоводородной кислот, существуют и могут использоваться для специализированных применений.
• Травильные пасты, где раствор смешивают с инертным носителем, обычно используются для обработки выбранных областей, таких как сварные швы.
• Травление включает удаление металла и изменение в визуальной яркости металла.
• Электрополирование — полезная альтернатива травлению.Металлическое удаление достигается, но обычно приводит к яркой, гладкой и более стойкой к коррозии поверхности.

·         Пассивные ванны

• После тщательной очистки деталь из нержавеющей стали готова для погружения в пассивирующую кислотную ванну. Можно использовать любой из трех методов — пассивацию азотной кислоты, азотную кислоту с пассивацией дихромата натрия и пассивацию лимонной кислоты. Какой метод к использованию зависит от класса нержавеющей стали и заданных параметров.
• Более устойчивые хромоникелевые марки могут пассивироваться в ванне с азотной кислотой (20% по объему) . Менее стойкие марки нержавеющей стали могут быть пассивированы путем добавления дихромата натрия в ванну с азотной кислотой, чтобы сделать раствор более окисленным 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 коррозии.

Исторически сложилось, что азотная кислота использовалась для пассивации нержавеющей стали, но в последнее время распространение получило более безопасное и эффективное средство с использованием лимонной кислоты. В отличие от азотной кислоты, составы для пассивирования лимонной кислотой имеет много преимуществ:

• Лимонная кислота НЕ удаляет другие элементы в сплаве, эффективно ограничивая глубину конечного слоя оксида хрома
• Лимонная кислота НЕ вводит тяжелые металлы (опасные отходы) в ванну
• Лимонная кислота удаляет только железо
• Лимонная кислота намного безопаснее и безвредна для окружающей среды

По материалам зарубежных изданий TERRY A. DEBOLD AND JAMES W. MARTIN

© 2014-2015 InoxGrup.ru — сварочные работы в Москве

Химическое пассивирование нержавеющей стали

Во многих сферах промышленности, строительства и ремонта используются инструменты, крепежи и метизы из нержавеющей стали. Но несмотря на то, что данный материал обладает повышенной устойчивостью к образованию коррозии, все же в некоторых случаях ржавчина может проявиться. Для предотвращения этого необходимо принятие дополнительных мер – химическое пассирование изделий.

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.

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.

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).

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.

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.

Где можно заказать услугу?

Данную процедуру должны проводить компетентные специалисты, имеющие большой опыт и определенные знания в этой области. В нашей компании работают настоящие профессионалы своего дела.

Мы осуществляем химическое пассивирование нержавеющей стали, учитывая особенности ее состава, степень повреждения и размер изделия.

Все работы осуществляются в специально отведенном месте и с соблюдением всех требований по технике безопасности.

Заказать

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

Чем обусловлена высокая коррозионная устойчивость нержавеющих сталей

Суть такого явления, как коррозия, состоит в том, что поверхность металла под воздействием негативных внешних факторов и окружающей среды начинает разрушаться.

Что характерно, коррозия из-за постоянного окисления поражает металл слой за слоем, постепенно разрушая внутреннюю структуру стали.

Пассивирование (или пассивация) как технология, позволяющая обеспечить надежную защиту стали от коррозии, лежит в основе создания такого уникального металла, каким является нержавеющая сталь. В химическом составе преимущественного большинства сталей, относящихся к нержавеющей категории, могут содержаться различные элементы:

• никель;
• молибден;
• кобальт;
• ниобий;
• марганец.

Однако основным легирующим элементом таких сталей, количество которого в их составе может варьироваться в пределах 12–20%, является хром. Добавление различных легирующих элементов в состав нержавеющих сталей позволяет придать им требуемые физико-химические характеристики, но именно хром отвечает за коррозионную устойчивость стального сплава.

Влияние хрома на свойства нержавеющей стали

Нержавеющие стальные сплавы, в составе которых содержится 12% хрома, проявляют высокую коррозионную устойчивость только при взаимодействии с окружающим воздухом. Если количество хрома в химическом составе нержавеющей стали увеличить до 17%, то изделия из нее смогут спокойно взаимодействовать с азотной кислотой, не утрачивая при этом своих эксплуатационных характеристик.

Чтобы сделать металл устойчивым к еще более агрессивным средам, к числу которых относятся соляная, серная и другие кислоты, в нем не только увеличивают количественное содержание хрома, но и добавляют в его состав такие элементы, как медь, молибден, никель и др. Иными словами, выполняют пассивирование металла, то есть увеличивают его пассивность к коррозионным процессам.

В процессе пассивации зоны сварочного шва образуется прочная пленка

Пассивация, при которой в химический состав нержавеющей стали добавляют соответствующие легирующие элементы, – это не единственное условие высокой коррозионной устойчивости металла.

Чтобы защитные свойства нержавеющей стали оставались на высоком уровне, оксидная пленка на ее поверхности, состоящая преимущественно из оксида хрома, должна быть целой, иметь однородный химический состав и толщину.

Причины возникновения коррозии

Несмотря на то, что в химическом составе нержавеющей стали должны содержаться пассиваторы, значительно повышающие ее коррозионную устойчивость, ее поверхность и внутренняя структура могут подвергаться коррозии.

Основной причиной, по которой нержавеющая сталь начинает разрушаться, является недостаточное или неравномерное содержание в ее химическом составе хрома. Вызвать коррозию также может контакт с металлом, который отличается значительно меньшей устойчивостью к окислению. Часто подвергаются разрушению изделия из нержавейки, которые были соединены между собой по технологии сварки.

Коррозия труб полотенцесушителя, возникшая по причине недобросовестного исполнения сварочного шва производителем

Что характерно, даже если нержавеющая сталь отличается очень высоким качеством, после сварки она может покрыться слоем ржавчины.

Такая процедура позволяет удалить с поверхности сварного шва и самих изделий из нержавейки остатки менее устойчивого к коррозии металла, который был использован для выполнения сварочных работ.

Очень часто на поверхность нержавейки частички менее устойчивого к коррозии металла попадают и в тех случаях, когда его обработка выполняется в непосредственной близости от стальных изделий.

Так, если рядом пилят, шлифуют или выполняют другие виды обработки обычного металла, то его частички, попав на нержавеющую сталь, обязательно станут источниками ее коррозии. На нержавейке они могут появиться и в том случае, если вы решите выполнить ее обработку инструментом, который до этого взаимодействовал с обычным металлом.

Именно поэтому инструменты, особенно относящиеся к режущему типу, желательно использовать для выполнения обработки только однотипных материалов.

Коррозия вытяжки из нержавеющей стали, произошедшая вследствие чистки изделия железной щеткой

Однако, конечно, наиболее критичным местом на поверхности изделий из нержавейки с точки зрения возникновения и развития коррозионных процессов является сварной шов. Именно поэтому важны не только тщательная зачистка, шлифовка и полировка места сформированного сварного соединения, но и его пассивация, для чего используются различные кислотные растворы.

Пассивация (химическое пассивирование), как правило, выполняется с применением раствора, основу которого составляет азотная кислота. Обработка таким раствором тщательно подготовленного участка изделия из нержавеющей стали позволяет сформировать оксидную пленку, отличающуюся высокой пассивностью к коррозионным процессам.

Обработка сварных соединений на нержавейке, после которой и выполняется химическое пассивирование, осуществляется при помощи металлической щетки и шлифовальной машинки. При этом, как уже говорилось выше, важно следить за тем, чтобы используемые при пассивации инструменты не реагировали до этого с обычным металлом, частички которого могут стать источником развития коррозионных процессов.

Чтобы проверить, не присутствует ли на поверхности нержавейки включений обычного металла, можно воспользоваться двумя способами.

Обработка водным раствором азотной кислоты и ферроцианида калия
Места на поверхности изделия, на которых присутствуют включения свободного железа, после выполнения такой обработки сразу окрасятся в синий цвет. Следует отметить, что такой способ проверки используют преимущественно в условиях производственных лабораторий.
Смачивание обычной водой

Изделие выдерживают в таком состоянии на протяжении нескольких часов. Если на нержавейке присутствуют включения свободного железа, то участки с такими включениями начнут покрываться ржавчиной.

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).

Щелевая коррозия нержавейки возникает в тех случаях, когда детали из такого металла длительное время соприкасаются между собой. Коррозия данного типа, что характерно, часто начинает развиваться в местах крепежа. Различают также точечную коррозию, которую часто называют питтинговой. Она возникает в тех случаях, когда оксидная пленка на нержавейке повреждена механическим способом.

Коррозия нержавейки под водой проявляется в большей степени в местах соединения деталей

Если нержавейка контактирует с разнородным для нее металлом в токопроводящей среде, начинает развиваться коррозия, которая получила название гальванической. Этому процессу наиболее подвержены изделия из нержавеющих сталей, эксплуатируемые в морской воде и при этом контактирующие с металлами, отличающимися меньшей степенью легирования.

Межкристаллитная коррозия – очень распространенное явление, возникающее в тех случаях, когда изделие из нержавеющей стали было подвергнуто значительному перегреву. При сильном нагреве (свыше 500°) на границах кристаллической решетки нержавеющей стали формируются карбиды хрома и железа, которые и становятся причиной снижения прочности металла.

Различают также эрозивную коррозию, которая возникает, если нержавейка постоянно находится под воздействием абразивной среды. Постоянно воздействуя на поверхность металла, частички такой среды разрушают защитную оксидную пленку, которая не успевает восстанавливаться.

Пассивирование нержавейки

Обеспечить такие условия эксплуатации изделий из нержавеющей стали, чтобы они не контактировали с другими металлами и агрессивными средами, а также не подвергались механическим повреждениям, практически невозможно. Именно поэтому необходима упомянутая выше технологическая операция – пассивирование. Дополнительную степень защиты, которую обеспечивает пассивирование (пассивация), часто стараются обеспечить:

• трубным конструкциям из нержавейки;
• крепежным элементам;
• корпусным элементам конструкций и механизмов, эксплуатируемых в морской воде.

Между тем пассивация не всегда целесообразна даже для изделий подобного назначения.

Пассивирование сварочного шва нержавейки

Пассивирование, хотя и является методом обработки нержавеющей стали, способным обеспечить ее дополнительной защитой от коррозии, во многих случаях является нецелесообразным и даже может ухудшить защитные свойства стали. Поэтому прежде чем выполнять пассивацию, следует проанализировать условия, в которых будет эксплуатироваться изделие, чтобы однозначно решить, нужна ли его поверхности дополнительная защита.

Пассивация, если решение о ее выполнении принято, должна обеспечивать получение цельного и равномерного по толщине защитного слоя, что достигается строгим соблюдением технологического процесса. Как правило, пассивацию выполняют в тех случаях, когда дополнительная защита необходима внешней, а не внутренней поверхности изделия из нержавеющей стали.

Суть такого процесса, как пассивация, заключается в том, что поверхность изделия из нержавеющей стали обрабатывают специальным раствором, основу которого составляет азотная, а в некоторых случаях и лимонная кислота. Иногда такой раствор могут дополнять незначительным количеством (2-6%) бихромата натрия. Химический состав такого раствора, а также такие параметры, как температура нагрева и время выдержки, зависят от марки обрабатываемой нержавеющей стали.

Пассивация нержавеющей стали ка способ борьбы со ржавчиной

Легирование сплава железа с углеродом хромом, открытое английским ученым, привело к созданию нержавеющей стали. Такое название говорит о сопротивлении сплава воздействию ржавчины. Не все знают о том, что 11-15% хрома способны защитить поверхность от коррозии только в случае контакта с окружающей средой с нормальными условиями.

Контакт с соленой морской водой кислотными или щелочными средами не оставят живого места на такой нержавеющей стали. Небольшие царапины, сколы, легкие деформации могут стать очагами и испортить всю поверхность. Более страшным для технических и физических свойств стали носит точечная коррозия, при которой теряется однородность свойств.

Ржавчина — причины и следствие

Для разработки борьбы со злейшим врагом железоуглеродистых сплавов надо выяснить, почему ржавеет нержавеющая сталь. Основные виды такого явления:

• однородная коррозия, распространяющаяся по поверхности
• межкристаллитная коррозия
• гальваническая коррозия (самая распространенная)
• коррозия в трещинах
• коррозия, вызванная воздействием микроорганизмов

Возникновение коррозии наиболее часто происходит в среде воды. Техническая чистота воды не влияет на скорость распространения ржавчины. Процессы протекания коррозии нержавеющих сталей исследователи разделяют на следующие типы:

1. Контаминация железом – обусловлена контактом нержавеющей стали и обычной углеродистой стали. Каждому попадались на глаза ржавые подтеки на нержавеющей стали под болтовым или заклепочным соединением. Самым простым методом борьбы с такими дефектами является нанесение защитных лакокрасочных покрытий, оцинковка, химическая обработка крепежного элемента из углеродистой стали. Также можно дополнительно провести пассивацию нержавеющей стали для исключения появления точечных очагов.
2. Класс I – ржавчина, появляющаяся от внешних источников, характеризуется наличием оксидов железа и гидроксидов. Цвет ржавчины может менять оттенок от ярко-оранжевого до красного в зависимости от источника ржавчины и условий формирования ржавчины.
3. Класс II – обусловлен наличием хлоридов и (или) элементов галогенидов, при отсутствии на механически полированных, но не пассивированных поверхностях нержавеющей стали. Данный тип ржавчины удаляется механической обработкой и обработкой лимонной кислотой, создающей пассивирующую пленку. Надежность такой пленки ограничена нормальными условиями эксплуатации. При появлении в среде хлоридов, очаги поражения возникают вновь.
4. Ржавчина III класса возникает в среде острого пара, даже в системах отопления со сверхчистым паром. Имеет цветовую окраску от синего до черного. Примечателен тот факт, что на электрополированой нержавеющей стали ржавчина будет иметь глянцевый блеск, а на механически обработанных поверхностях цвет будет носить матовый характер. Матовую ржавчину тяжело убрать обычным способом, но химическая очистка в соединении с полировкой смогут исправить такой дефект. Блестящую коррозионную пленку, учитывая ее стабильность, можно не убирать.

Читайте так же:  Пищевая нержавеющая сталь: марки стали и свойства

Технологически коррозии можно противостоять при помощи дополнительного легирования широким спектром элементов, препятствующих этому явлению. В случае невозможности или нецелесообразности применения дорогостоящих сталей можно использовать обработку поверхности. Рассмотрим пассивацию нержавеющей стали как один из самых распространенных методов повышения коррозионной устойчивости металла.

Процесс пассивации нержавеющей стали

Для людей, имеющих глубокие познания химии со школьных лет, остается загадкой вопрос перевозки целой группы кислоты в железнодорожных емкостях изготовленных из стали, а не из платинового или золотого листа, не реагирующего на кислоты. Ведь учитель химии рассказывал о взаимодействии раствора кислот и железа.

Все дело в том, что в 1836 году ученый с Туманного Альбиона М.Фарадей предположил о возможности возникновения спецефической пленки на поверхности сталей при их взаимодействии с кислотами, имеющими предельно высокую концентрацию.

Появление пленки на поверхности нержавеющей стали при взаимодействии с концентрированными кислотами называется пассивацией.

Основной теорией принято считать возникновение сплошной пленки оксидного, хлоридного, сульфатного или фосфатного характера. Толщина ее редко превышает несколько десятков нанометров.

Другая теория пассивации объясняет процесс построением плены за счет адсорбированного окислителя. Адсорбция приводит к насыщению валентности атомов металла. Химическая активность соответственно снижается.

Широкое распространение одной теории не отменяет, а лишь подтверждает и дополняет вторую и создает полное понимание процессов пассивации в различных средах и условиях.

Интересный факт. Хранение опасных бритв в насыщенных растворах солей, которые представляют собой производные хромовой кислоты, позволяет сберечь ее остроту более длительное время. Это является примером пассивации. Без такой «консервации» острие бритвы покроется коррозией, которая под микроскопом будет выглядеть рыхлыми бесформенными хлопьями.

Использование металла в качестве анода при электрохимической пассивации, позволяет добиться пассивного состояния поверхности нержавеющей стали. Пассивация, помимо изменения технологических параметров, может придавать обрабатываемой поверхности дополнительные эстетические свойства.

Современные технологии позволяют производить окраску и тонировку металлических поверхностей. Варьируя концентрацию, температуру и время взаимодействия можно добиться различных показателей толщины пленки и ее шероховатости.

В отличие от химического, электрохимический способ пассивирования обладает более широкой цветовой палитрой и оттенками.

Процесс воронения нержавеющей стали

Процессы воронения и синения нержавеющих сталей разрабатывались оружейниками не одно десятилетие, и нашли широкое использование в промышленности. Эти процессы по существу являются оксидированием при температурах до 410 градусов Цельсия.

Самый распространенный способ заключается в нанесении специального лака (20% раствор асфальтового лака), просушивание при нормальных условиях. Пассивацию поверхности нержавеющей стали производят также в щелочных ваннах.

Пассивация в промышленных масштабах призвана защитить от ржавчины элементы узлов и агрегатов, работающих в тяжелых условиях, декорирование изделий, обеспечение электроизоляционных свойств поверхности.

Когда пассивация неуместна

В случае если изделие из нержавеющей стали не будет использоваться в среде агрессивных сред, то использование кислот и электрического тока сохраняет риск по ухудшению качества поверхности металла, без видимой на то причины. Взвешивайте тщательно экономическую целесообразность процедуры пассивации и реальными целями, которых необходимо достичь.

Производить химическую пассивацию нержавеющей стали можно лишь в случае полной уверенности контроля над протеканием процесса. В случае со сваренной трубой пассивация лишь верхнего слоя шва не гарантирует достаточность защиты с внутренней стороны шва. При этом воздействие кислот ускорит и усугубит процесс образования ржавчины.

Электролитическое и химическое пассивирование металлов

Пассивирование, (или пассивация) металлов является особой обработкой, в ходе которой внешний слой материала приобретает новые свойства, делающие металлы похожим на благородные – то есть не поддающимися окислению и каким-либо другим негативно влияющим на него действиям.

В ходе обработки получаются оксидные плёнки на поверхности. И если эта плёнка не будет как-то нарушена грубым физическим воздействием, то любой метал, ранее требовавших особых условий эксплуатации, делается перед ними защищённым и стойким.

Суть и описание процесса

Для защиты от коррозии или других видов химических разрушений на поверхности металла формируют фазовый или адсорбционный слой (плёнку). Технически это выглядит как нанесение такого защитного покрытия с помощью специальных растворов (химическое пассивирование) или к созданию защитного барьера прибегают другими способами (электролитическая пассивация).

Электролитическая является более предпочтительной как химически более стойкая.

Целью процесса является снижение химической активности металлов с возможностью их сохранения. Ведь убытки от коррозии как от атмосферных воздействий, так и от реагентов в технологических процессах во всём мире может достигать величин десятков миллиардов долларов.

И для защиты этих металлов практически к каждому из них придуман свой механизм нанесения защитных слоёв (потому что универсальных методов не существует, каждый металл требует своего подхода).

На практике это вылилось в разработку особых режимов воздействия, уникальных составов электролитов и расчёта напряжения и силы тока для каждого конкретного случая нанесения плёнок на металл.

Пассивирование металла можно рассматривать как образование своего рода ржавчины на его поверхности. Только «ржавчина» эта рукотворная и с заранее заданными свойствами.

Химическая пассивация

Это обработка металлов растворами соединений, которые способны быстро образовать оксидную поверхность. Но чтобы процесс не пошёл вглубь, особенно активно разрушая слабые места в кристаллических решётках металлов. На определённой стадии его останавливают, применяя вещества-нейтрализаторы, а затем подвергая металл промывке в разных средах и при разной температуре.

Типичная картина может выглядеть так:

• зачистка поверхности металла, предназначенного для пассивации, абразивными материалами;
• обезжиривание поверхности едким натром или кальцинированной содой;
• удаление обезжиривающий веществ вместе с растворёнными ими соединениями напором горячей, а затем холодной воды;
• пассивирование подходящим к данному металлу составом в заранее рассчитанном времени»
• нейтрализация химического реагента-пассиватора кальцинированной содой;
• промывка в проточной холодной воде»
• сушка обдувом тёплого или горячего воздуха;
• визуальный и инструментальный контроль поверхности, в т. ч. и с помощью оптических датчиков, настроенных на типичную структуру получившейся оксидной плёнки.

При неудовлетворительном качестве полученных результатов процесс повторяют, начиная с абразивной зачистки.

Электролитическая пассивация

Основана на свойстве металлов переходить через электролит с приложенным напряжением на поверхность обрабатываемого металла. Для каждого конкретного вида металла подбирается присущий только ему электролит. А в качестве анода также используется металл, подходящий по своим физико-химическим показателям.

При анодной пассивации поляризующий ток должен превысить некоторую критическую величину, при которой природа металл, электролита, его температура и концентрация начинают работать на покрытие погружённого в ванну металла защитной плёнкой.

Кроме самых агрессивных, для которых будут предусмотрены особые режимы пассивации и особые вещества для неё.

Пассивирование стали

Входящее в состав любых видов сталей железо, как её основа, подвержена коррозии больше, чем какой-бы то ни было металл.

Лучшей защитой от коррозии для железосодержащих материалов является добавление легирующих добавок в железный расплав, которые делают сталь нержавеющей. Но нержавеющая сталь дорога.

Поэтому защитить более простые марки стали от ржавчины можно обработкой их в электролитических ваннах с добавлением в электролит ингибиторных пигментов в виде суриков – железных или свинцовых.

При анодном же покрытии с помощью пигментов в пограничном обрабатываемом внешнем слое возникает высокая плотность тока в порах образуемой защитной плёнки. В железе как части стального сплава защитные оксидные плёнки в естественных условиях образоваться не могут, то пассивирование возможно только в случае включения в механизм покрытия пигментов-ингибиторов.

Но основное различие в образовании защитных слоёв на металле методами химической и электролитической пассивации заключается в скорости процесса и прочности образуемой фазовой плёнки. Ведь и в химической ванне, и в ней же, но с добавленным к процессу электрическим током и напряжением процесс образования оксидной или солевой плёнки идёт по одному сценарию.

Пассивация конструкционных и специальных сталей

Для надёжной пассивации сталей их желательно предварительно покрыть, все или частично (те их элементы, которые будут испытывать наибольшее воздействие неблагоприятных факторов) никелем, цинком или кадмием с использованием хромовых солей.

Пассивирование этими солями выгодно тем, что после укрепления поверхностного слоя изделия эксплуатируются без опасности возникновения коррозий очень длительное время.

А в случае начала ржавления отдельных участков их можно, не разбирая и не снимая с места конструкцию, пассивировать этим же составом с солями хрома прямо на месте, методом аппликации пропитанных растворами накладок.

Пассивация алюминия

На алюминии оксидная и очень прочная плёнка образуется в естественных условиях под воздействием кислорода воздуха. Многие помнят школьный опыт, когда с алюминиевой проволоки, опущенной в ртуть, надфилем снимается небольшой слой , а потом этот обработанный надфилем кончик вынимался из ртути. И обработанный конец на воздухе мгновенно покрывался «шубой» из кристаллов окисла.

Но в обычных условиях атмосферного воздействия оксида на алюминии образуются не столь быстро и имеют вид прозрачной плёнки толщиной всего несколько мМк. По своим свойствам она очень близка к химически-инертному оксиду алюминия корунду. Недостаток такой природной плёнки – её неустойчивость при значительном повышении температуры или при длительном воздействии активных кислот.

Для стойкой защиты не обойтись без процесса анодирования, результатом которого бывает получение защитных плёнок толщиной от 5 до 20 мМк. А в отдельных режимах можно получить и сверхпрочные плёнки,(выдерживающие нагрузку до 1500 кг на мм, то есть выше, чем у инструментальной стали.

Пассивация серебра

Серебро относится к благородным металлам, несмотря на изменение его свойств на свету (оно темнеет). До наступления эры цифровой фотографии эта способность серебра использовалась в создании светочувствительных материалов (фотоплёнки и фотобумаги).

Но потемнение изделий из серебра в быту – процесс часто нежелательный, и для его предотвращения используют химические способы предохранения верхнего, пограничного с воздухом, слоя металла, от воздействия света и воздуха. Лучше же всего предотвращает такие изменения пассивация методом обработки серебра в хромпике – двухромовокислый калий K2 Cr2 O7.

Для его осуществления хромпик в количестве 60 г разводят в 1 литре кипячёной нежёсткой воды. Рабочая температура раствора от 25 до 40 градусов, это не критично. Пассивацию проводят, просто погрузив серебряное изделие в ванну полностью на 20 минут и периодически перемешивать раствор.

В случаях, когда разведённое количество хромпика не покрывает изделие полностью (статуэтка сложной формы или объёмный серебряный канделябр) попеременное обрабатывание поверхности частями лучше не практиковать, а развести реактив в необходимом для нормального объёма количестве воды.

Химическое пассивирование нержавейки

Несмотря на то, что нержавеющая сталь как в своей массе, так и в поверхностном слое уже инактивирована в смысле воздействия на неё неблагоприятных условий среды, иногда коррозия находит у этой стали слабые места.

Сталью железо делают легирующие добавки. А основной такой добавкой, делающей сталь нержавеющей, является хром. Но при его 12% в составе сплава он защитит сталь только от атмосферных воздействий. При 17% выдержит уже обработку азотной кислотой, одной из самых агрессивных кислот.

Дело ещё и в состоянии поверхности нержавеющего материала. И если поверхностный слой нарушен, если на нём есть глубокие царапины, задиры, микроскопические ударные кратеры, то даже легированный металл будет подвержен коррозии.

А иногда достаточно сварного шва на поверхности. И пусть сварка тоже выполняется специальными электродами и в специальном режиме, образующееся в шве чистое железо станет центром коррозии, которая примет цепной характер.

Заключение

А в итоге, когда начинаешь разбирать причины появления ржавчины на нержавеющей стали, выясняется, что виной было уничтожение естественной для этого вида стали оксидной плёнки.

Поэтому дополнительной защитой, которая нужная нержавейке – это обработка кислотами: серной, соляной, азотной с последующей нейтрализацией её остатков после того, как она уже образовала химически-нейтральный защитный слой на металле.

И смыть остатки нейтрализатора водой, а потом вытереть насухо. Теперь только очередное грубое механическое нарушение оксидной плёнки способно запустить механизм коррозии.

По этой же причине домохозяйкам ни в ком случае не стоит чистить посуду из полированной нержавейки абразивными составами, да ещё с примесью хлора. Пример? «Комет». Очистит эффективно, это да. Но параллельно запустит процесс коррозии металла.