不锈钢的钝化Passivation

IMAGINEERING

金属表面处理解决方案

不锈钢的钝化

作者：Dan Englebert，技术服务副总监

Imagineering有限公司

对话通常是这么开始的：“你好，我是来自某公司的某人，现在我们有一项工作，客户希望我们做一些钝化涂层的活儿，你们可以做吗？涂层的厚度是多少呢？这和电镀、喷漆等其他表面处理一样吗？处理后是什么颜色？我可以得到的公差范围是多少？”通常情况下，这样开放式的对话以一句简单的话语，比如“我都不知道这样是否有必要，如果你在不锈钢上还要涂层，要不锈钢做什么呢？”

事实上，这个某公司的某人不是唯一的一个例外，许多机加车间、采购商、甚至工程师，在碰到不锈钢防腐和化学钝化的关系时，都了解不多。甚至在金属表面处理行业，仍存才对化学钝化工艺理论的分歧意见。有人认为其效果明显，因为过程工艺很清洁；有人认为通过化学钝化产生的薄薄的一层透明的氧化膜可以增强防腐能力。无论怎么争论，这个效果的底线是，它确实有用！各种验证试验，包括硫酸铜浸浴、加速腐蚀测试、盐雾试验、高湿度和水浸泡，都毫无争议的证明化学钝化的有效性。在航空航天、电子、医药以及类似高技术领域里的高级工程师已经使用化学钝化这种工艺多年了，这些行业的应用需要零部件有很好的不锈钢防腐性能，他们认为钝化是得到想要的结果的最有效的办法之一。

什么是钝化？

根据ASTM A380的描述，钝化是指使用化学稀释溶解的办法，去除不锈钢表面的外来铁质或铁化合物，尤其是，通过酸化去除不锈钢表面的锈蚀，但是对不锈钢本身不造成任何影响。另外，钝化也可以定义为“用中度氧化剂，例如硝酸溶液，对不锈钢进行表面处理，用于增强惰性保护膜的自发形成”。

在外行人看来，钝化的过程就是去除不锈钢表面的游离铁质，将加工表面显现出来。这些游离的铁质是潜在的腐蚀成分，如果不去掉，可能会造成永久腐蚀，最终导致零部件的退化和变质。另外，钝化的工艺过程有助于薄而透明的氧化膜的形成，可以有效的保护不锈钢表面的有选择性的氧化腐蚀。因此，什么是钝化？它干净吗？它是保护性涂层吗？以我看来，他是两种工艺的结合。

钝化的过程

钝化的过程从全面清洁开始，目的是去除表面的油脂、形成性化合物、润滑剂、冷却剂和其他没用的有机物和金属残余；一般的除油和清洁可以通过各种通用方法来完成，包括蒸汽、溶液、碱液浸泡等。

去掉有机物和金属残留后，将零件放在适当的钝化液里，尽管有很多钝化液，我推荐的是硝酸基溶液。最近，很多研究都在进行，目的是开发一种更环保的替代型钝化液，但是，效果不佳。尽管替代型钝化液里包含柠檬酸和其他专利的化学物质，但是与硝酸基溶液比起来，后者应用更加广泛和商业化。

根据ASTM B-117进行2小时盐雾试验，左边的钝化处理，右边的没有钝化处理

钝化的过程中，有三个必须要考虑和控制的变量：时间、温度和浓度。浸泡时间为20分钟到2个小时不等，浸泡温度范围在室温和华氏160°之间，硝酸溶液的体积浓度在20%到50%之间。很多规范还在钝化液里使用重铬酸钠，或作为钝化后的清洗液，以帮助形成氧化铬薄膜。小心地对溶液进行控制，包括水的纯度、金属杂质的ppm，以及化学维护，对钝化效果都很重要。

要处理的不锈钢的类型不同，选择的钝化工艺也不一样。对三个关键因素的选择是处理的关键。要得到理想的钝化结果，需要对材料的类型和钝化工艺有充分的了解。否则，错误的控制将导致不良结果，极端情况下，可能会造成灾难性的失败，包括麻点腐蚀、刻蚀或者整个零部件在溶液内完全溶解。

设备和预防措施

钝化的过程只能由经过培训、有经验的技师来做，要对安全操作有完全的理解。特殊的靴子、首套、围裙以及其他安全设施都必不可少。容器、加热器和通风，以及篮筐、支架都要一应俱全，保证工艺实施。铁或钢件或设备绝对不能用在钝化工程和工艺当中，否则，结果会是毁灭性的。而且，为了符合环保的要求，对水、空气的处理设施都应当到位。现在，随着对安全环境的关注，作坊式的钝化场所已经逐渐消失了。

规范和验证试验

在选择钝化工艺时，有几种普遍接受的行业规范，规范里有时间、温度和浓度等信息，包括验证工艺有效性的测试设备。很多大企业也开发了自己的内部使用规范，来控制独特的钝化效果和并进行验证试验。无论现状如何，在进行钝化工作时，一般都会小心的找一个证明可靠的规程作为参照，有了参照，就可以避免重蹈覆辙，通过过去的经验借鉴，可以避免更多的猜想和摸着石头过河的工作。

最近取消了Fed. Spec. QQ-P-35C这个通用行业规范，取而代之的是ASTM A-967和ASTM A-380。所有的规范都已经写进文件，并做了很好的规定，从生产到最终的测试要求，对整个工艺起到指导作用。如果不确定你想要什么，可以完全参考，或有选择的参考。根据个体的情况，选择检测要求或不用。

检测当中，最普遍规定的是硫酸铜测试。需要钝化的部分浸泡在硫酸铜溶液里6分钟，进行漂洗检查。铜的颜色（粉色）显示游离铁质的存在，这个测试是不能接受的。其他测试包括2个小时的盐雾试验或24小时的高湿度试验，这些试验是将需要钝化的零部件放在一个高度可控的房间里，产生一个可以加速腐蚀的环境，经过上述的过程后，将试件从试验环境中取出来，进行评估。尽管结果有些主观，但是ASTM B-17可以作为是否可以接受的很好的参考。注意：每个测试方法都有不同的优点和限制，要根据材料类型和使用环境进行适当的测试方法的选择。

机加工和热处理技术

或许在整个钝化程式重，最容易忽视的变数就是机加工质量和热处理工艺造成的负面影响。经常地，机加工和热处理期间的总体影响会导致测试结果不合格。以下的方法和措施可以减少加工过程的总体影响，并增加钝化成功和测试结果合同的几率：

不锈钢应当是不会产生锈蚀的那么，这些锈蚀是怎么产生的呢？

-不要使用砂轮、打磨材料或铁、氧化铁、或钢制的钢丝刷，或其他可能造成不锈钢表面污染的材料；

-如果可能，推荐使用碳化物或其他非金属工具；

-在其他材料上使用过的砂轮、钢丝刷等不要再在不锈钢上面使用；

-打磨喷砂时，只使用清洁的、为使用过的磨料，例如玻璃球、无铁硅石、或刚玉砂；

-热处理前，要对零部件进行全面清理，这一点很重要。消除应力、退火、拉伸或其他热成形工艺都可能实际使表面的污染物质进入更深的表面内，之后，再要去除这些污染杂质，几乎不可能；

-在热处理时，需要注意变色（氧化）的形成，钝化不是要去除变色，也不是要深入氧化层。在极端条件下，为了去除变色层，需要在钝化前进行一些剥皮或去鳞的作业。

热处理时，推荐使用可控温电炉，以减少空气污染，防止氧化的深入发展和影响。

结论

所以，你付了钱，如何才能得到物有所值的东西呢？这真的可以归结为一种基本的说法：钝化工艺时艺术和科技的结合，机加工、制造、以及热处理方法在很大程度上都能影响零部件的抗腐蚀能力。众做周知，钝化会增强不锈钢的耐腐蚀能力，但是需要明白的是：使这些高科技的合金能发挥最好的性能，必须要兼顾制造、材料整体性能以及处理工艺各个方面。

根据MIL-STD-753硫酸铜测试，左边的是经过钝化的，邮编是没有钝化的。