不锈钢零件的钝化是在其表面,用人工的方法形成一层钝化膜以增加不锈钢零件的耐蚀性,并使不锈钢零件具有足够的清洁度。凡是没有电镀和其他涂层要求的不锈钢零件,钝化处理就是最后的处理。一般都要先进行预处理(包括喷砂、喷丸、酸洗去黑皮、抛光等),以改善不锈钢零件的表面状态后,才能进行钝化处理。
一、不锈钢钝化的影响因素
1. 不锈钢所含合金元素对钝化的影响。铬、镍属于钝化性强的元素,铁的钝化性次之。因此,铬和镍的含量越高,不锈钢的钝化性越强,而且钝化膜的稳定性也会随着铬镍含量的提高而增加。
2. 不锈钢的金相组织对钝化的影响。奥氏体、铁素体不锈钢可钝化性较好,马氏体不锈钢的可钝化性不强,因此马氏体不锈钢的耐蚀性较低。
3. 经渗碳、渗氮、铜焊、钎焊的不锈钢不能钝化,否则会影响上道工序的质量。
4. 不锈钢的加工状态对钝化的影响。经各种机械加工后的不锈钢零件表面光洁,钝化性最好;而铸、锻件表面粗糙,钝化性最差。
5. 不锈钢中含有锰、碳、硅、碗、硒等元素对钝化不利。因此当表面存在这些元素时,应预先加以去除,而后才能钝化。
二、不锈钢钝化工艺的分类
1. 湿法钝化 包括化学法钝化和电化学法钝化。
2. 干法钝化 有室温法钝化和热处理法钝化两类。
三、不锈钢零件的干法钝化工艺
1. 常温自然钝化工艺
将不锈钢零件经过除油、去氧化皮、抛光等预处理,然后置于清洁的空气中,如小零件可置于干燥器中存放24h。由于不锈钢有自钝化能力,在空气中具有强烈的钝化趋势,表面会形成自然钝化膜。
常温自然钝化法适用于奥氏体不锈钢 Cr18Ni9Ti等,是在使用条件的腐蚀很轻微的情况下采用。
2. 热处理法钝化
将不锈钢零件表面仔细清理干净,放于热处理炉中处理,可得到钝化膜。在较高温度下,通过变化温度和时间来获得无色的钝化膜。当钝化膜超过一定的厚度,会出现有色彩的钝化膜层。
四、不锈钢零件的硝酸钝化工艺
不锈钢零件在硝酸溶液中处于钝态,其表面生成一层极薄的钝化膜层,处理后不锈钢零件表面的色泽前后无变化,即重现性良好,因此本工艺受到了广泛采用。另外,不锈钢零件硝酸钝化后不需进行封闭处理,其钝化膜层极其致密。而其他钝化工艺之后需要封闭处理。
1. 不锈钢硝酸钝化工艺配方 见表10-9。
2. 钝化工艺步骤 步骤如下:
a. 前处理
采取预处理清除不锈钢零件表面的油脂、氧化物等,接着抛光,并充分活化。
b. 钝化处理
选择适宜的钝化液(见表10-8),钝化时间参考表10-8,一般浓度高,时间稍短;钝化温度,低浓度硝酸液取较高温度,高浓度硝酸溶液,一般采用室温。
c. 补充处理
可进一步改善膜层的稳定性,并中和硝酸的残留量。铁素体不锈钢钝化后应在4%~6%(质量分数)重铬酸钠(NazCrzO)溶液中补充处理,温度为60~70℃,时间30min。奥氏体不锈钢不需补充处理,但最好在1%(质量分数)的氢氧化钠溶液中进行短时间的室温中和处理。马氏体不锈钢钝化后应在5%(质量分数)重铬酸钠(Na CryO)溶液中补充处理,或在氢氧化钠(5%~10%,质量分数),溶液中短时间常温补充处理更好。
五、不锈钢的硝酸-重铬酸盐钝化工艺
钝化溶液的组成以硝酸为主,添加少量重铬酸钾,以增强溶液的钝化能力,该型溶液在国外应用较广泛。硝酸-重铬盐型钝化配方及工艺条件见表10-10。
六、不锈钢的硝酸-氢氟酸型钝化工艺
该型溶液是兼有浸蚀和钝化作用的综合型配方。可在钝化之初,同时消除掉热加工氧化皮和表面极薄的贫铬层金属。当氧化皮除去后,整个反应转变为以钝化为主的过程。典型工艺为:硝酸10%(质量分数),氢氟酸(HF)1%(质量分数);温度 76℃,时间3min。
七、不锈钢的碱性溶液钝化
碱性溶液钝化适用于30Cr13、40Cr13 等马氏体不锈钢。因为马氏体不锈钢耐蚀性较差,用酸性钝化液难以取得满意的效果。其典型工艺为:
配方: 氢氧化钠溶液14%(质量分数),亚硝酸钠2g/L,磷酸钠3%(质量分数)。
加热温度 100~110℃,钝化时间一般为20~30min,色泽未出现彩色变化之前取出。
钝化预处理:零件钝化前需在稀硫酸溶液 22mL/L 中浸蚀 30s。
钝化后零件表面的碱性应充分洗净、干燥。
八、不锈钢的电解钝化
不锈钢的电解钝化是1995年诸震鸣提出的电解钝化工艺的一种。
奥氏体不锈钢钝化工艺:先氧化后钝化。
磷酸电解氧化
配方: 磷酸 15%(质量分数),六偏磷酸钠1%~2%(质量分数),钼酸钠2%(质量分数)。工艺:电压5V、电流密度3~6A/dm²,温度25~35℃,时间5~8min。
硫酸过电位区钝化
配方: 硫酸10%(质量分数);工艺:阳极电位1V,阳极电流密度:0.015~0.025A/dm²,时间为5~10min。
九、不锈钢的载波钝化
在直流电位的基础上,叠加一定频率和幅值的对称方波对不锈钢进行钝化,获得载波钝化膜。载波钝化膜的稳定性和耐蚀性远优于直流钝化膜。目前该工艺在工厂应用较少,本书不作详细介绍。
