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1、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
2、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
3、，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，
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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。参考文献：1. ASTM A-380-96 不锈钢部件、设备以及系统的清理、除锈和钝化标准实施办法ASTM委员会A-1：关于钢、不锈钢和有关合金ASTM 标准2. Fed. Spec. QQ-P-35C, 1988年 10 月 28， 耐蚀刚的钝化处理；3. ASTM A-967-96 不锈钢零件化学钝化处理的标准规范；4. ASTM B-117-95 盐雾试验一起的标准操作
