什么是不锈钢钝化？

从建筑工地到汽车和炊具，不锈钢无处不在。它的受欢迎程度源于其在各种应用中的强度、耐用性和可靠性能。然而，即使是不锈钢也不能完全免受腐蚀。随着时间的推移，如果不进行适当的处​​理，它会慢慢变质。不锈钢钝化是每个不锈钢部件都应经历的关键过程，以最大限度地延长其使用寿命并保持其完整性。

什么是不锈钢钝化？

简单来说，不锈钢钝化就是去除表面的任何游离铁分子。由于不锈钢是铁、铬和其他元素的合金，铁作为主要元素，容易生锈。不锈钢中的铬含量在表面形成一层氧化铬层，起到钝化氧化层的作用，保护钢免受腐蚀。然而，只有在表面没有污染物的情况下，这层保护层才能正常形成。

钝化不锈钢可确保从表面去除所有铁和其他潜在污染物，从而持续形成氧化铬层。此过程有助于材料抗腐蚀并提高其耐用性，使其适合在具有挑战性的环境中长期使用。

不锈钢钝化的历史

铁已被使用数千年，但其天然的腐蚀倾向使它不太理想。不锈钢虽然更耐腐蚀，但仍需要钝化以防止腐蚀。该工艺始于 1800 世纪，当时化学家 Christian Friedrich Schönbein 发现将不锈钢浸入浓硝酸中可显著提高其耐腐蚀性。尽管存在环境缺陷，但硝酸仍成为标准。

1900 世纪初，一家德国酿酒公司发现柠檬酸是一种更安全、无毒的钝化替代品。到 1990 年，柠檬酸已在许多应用中大量取代硝酸。如今，这两种酸都用于现代钝化工艺。

不锈钢钝化为何如此重要？

铁具有合适的特性，很容易获得，并且具有足够的延展性，可以形成各种形状而不会出现太多复杂情况。 这些品质使其成为各种关键应用的完美金属。 然而，它的耐腐蚀表面性能还有很多不足之处。

不锈钢比铁好 （你可以从中学到一些东西 铸铁和钢的比较指南). 但是，它仍然会腐蚀。 其耐腐蚀性的有效性取决于两个主要因素； 合金的成分和钝化处理。

以下是钝化不锈钢如此重要的几个原因。

铁的腐蚀脆弱性

铁是所有不锈钢的主要成分。此外，铁无疑具有多种优点，但铁也确实会很快腐蚀，尤其是当它暴露在水和氧气中时。任何地方的空气都有这两种物质，这实际上意味着腐蚀是不可避免的。

然而，就钢而言。表面上的微粒会引发腐蚀过程，并缓慢但肯定地蔓延到整个部件。钝化不锈钢不会出现这个问题，因为该过程会清洁表面并在表面形成惰性保护层，从而获得更好的性能。

铬防止腐蚀

改变成分并不总是可行的解决方案，因为它会直接影响钢材的可成形性和其他性能参数。因此，钝化处理对于保持钢材的耐用性至关重要。

不锈钢的钝化有利于在表面形成铬层。 铬是惰性的，即使在有水和其他污染物的情况下也能防止腐蚀。 因此，不锈钢部件在铬的保护下使用寿命更长。

制造过程中的污染物

无论您多么小心，任何制造过程都会遗漏可能引起腐蚀的污染物。 即使是机加工工具也会在表面遗漏一些组件，这些组件在某些条件下可能会到达并导致氧化并导致腐蚀。 钝化过程从彻底清洁开始，并最大限度地减少由于表面污染物引起的任何问题的可能性。

改进的可加工性

如前所述，不锈钢由铁、碳和铬以外的许多元素组成。 在材料选择过程中，您需要非常小心并考虑所有组件的影响。

考虑碳含量的例子以更好地理解它。 所有的钢都含有一些碳，数量决定了物理性能。 通常，更多的碳意味着更高的抗拉强度和硬度。 但是，这也意味着延展性低，加工难度大。 铬具有类似的作用，主要负责钢的腐蚀相关特性。

不锈钢钝化不会改变成分，因此不会降低金属的可加工性。 相反，它利用合金中现有的铬来最大限度地防止腐蚀并提高整体耐用性。

如何钝化不锈钢：分步指南

如果你看一下这个过程，从表面上看会很简单。 但是，您需要知道这个过程非常重要，任何事故都可能给您带来很多问题。 不锈钢经常用于许多敏感应用，任何加工问题都会很快变得成本太高且资源密集，无法妥善解决。

因此，确保钝化过程完美无缺非常重要。   

简而言之，钢铁钝化是一个三步过程。 首先要确保没有污染物，然后你可以通过不同的化学物质促进保护层的形成，最后测试结果。 下面是整个过程的简要概述。

1. 不锈钢零件的碱洗

第一步是确保钢部件表面没有任何污染物。 为此，碱性脱脂剂或表面清洁剂是最佳选择，因为它温和且能有效去除异物，如油粒、化学品和其他碎屑。

2. 柠檬酸或硝酸浴钝化

下一步是使用钝化酸浴去除表面的所有铁痕迹。为此，您可以选择以下两种方法之一：

1. 柠檬酸
2. 含重铬酸盐的硝酸（或不含重铬酸盐）

柠檬酸钝化是一种经济有效且安全的钝化方法。它不会排放任何有毒气体，也不会对环境和操作人员造成威胁。然而，柠檬酸并不受欢迎，因为它会导致霉菌生长。尽管技术进步已将这一问题降到最低，但问题仍然存在。

硝酸钝化是另一种目前在行业中很流行的替代方法。它能提供更有效的分子分布，并提高耐久性。然而，这些特性是以牺牲处理时间为代价的。此外，硝酸是危险的，会产生有毒烟雾。

为了解决处理时间长的问题，最好的选择是将其与重铬酸钠结合使用。但请记住，这样做会进一步增强毒性并产生更多问题。

无论采用哪种方法，浸泡在酸性溶液中都会启动钝化过程，重新形成氧化铬层。氧化铬层会慢慢地覆盖在表面，使钢部件在很长一段时间内免受污染和腐蚀。

3. 测试钝化部件

最后，钝化过程完成后，最后一步就是进行适当的测试，以确保您做得正确。整个行业中存在许多标准，正确的标准取决于您的应用、位置和目标行业等因素。  

钝化部件的一些常见测试（根据 A967）包括：

• 高湿度测试： 将不锈钢零件放入湿度柜中 24 小时，以评估其对高湿度的抵抗力。
• 盐雾试验：将零件暴露在盐雾室中约 2 小时，以模拟腐蚀条件并评估其耐久性。
• 浸水试验：将零件浸泡在蒸馏水中至少 24 小时，检查是否有腐蚀迹象。
• 游离铁检测：当其他测试（如水浸或高湿度）不可行时，这是一种替代方法。适用于不适合放入水箱或柜子的较大部件。
• 硫酸铜测试： 将硫酸铜钝化溶液涂在零件表面 6 分钟。如果存在游离铁，则会形成铜色沉积物。避免将其用于铬含量低于 16% 的不锈钢或食品加工零件。

钝化不锈钢的注意事项

尽管不锈钢钝化需要一个简单的过程，但仍有一些最佳实践和需要避免的事情。 遵循它们可以帮助您始终如一地获得最佳结果。 下面简要介绍一下钝化过程的关键注意事项。

最佳实践

• 始终确保在开始之前正确清洁钢制部件
• 尽可能使用脱氯水冲洗
• 定期更换酸浴以确保适当的钝化
• 通过分离操作最大限度地减少所有来源的污染
• 使用专用设备和机械制造不锈钢零件
• 实施避免金属与金属接触的货架存储系统

要避免的事情

• 切勿用氮化物元素钝化零件。 这种处理也会导致钝化槽中的酸开始氧化过程
• 避免在机加工车间使用含铁的工具。 改用硬质合金工具
• 永远不要低估热处理的作用
• 确保硝酸浓度正确，以优化钝化过程

钝化不锈钢的等级

与所有合金一样，不锈钢也有不同的等级，具有不同的机械性能和整体应用。 根据构成合金元素和整体成分，不锈钢分为 3 大类。

3个等级是：

1 – 奥氏体等级

各种应用中最常见的不锈钢等级。 这种合金成分含有 16% 至 30% 的铬百分比和一些镍，这意味着它可以长时间提供显着的防腐蚀保护。 此外，奥氏体级不锈钢是非磁性的，不能进行热处理，这意味着其机械强度受到限制。

2 – 铁素体等级

不锈钢的铁素体合金也具有高铬含量。 范围在 10% 到 30% 左右，但该合金还含有很大比例的碳，其上限为 20%。 就像以前的等级一样，铁素体钢不适合 热处理 以及。 此外，适用于奥氏体等级的冷轧等其他方法不适用于铁素体钢。

3 – 马氏体等级

这是一种用途广泛的不锈钢，具有磁性、可热处理，适合多种加工和时效工艺。然而，这些特性是以牺牲整体耐腐蚀效果为代价的，因为马氏体不锈钢的铬含量在 12% 至 17% 之间。

下表列出了这 3 个等级的流行合金及其各自的应用：

不锈钢钝化行业标准

确保始终如一的质量和可靠性的最佳方法之一是遵循行业中的普遍标准。 除了特定的公司标准外，大多数全球参与者都遵循 ASTM 或 AMS 不锈钢钝化标准。  

ASTM标准

ASTM International 是一个在全球范围内运作的标准机构，拥有超过 14,000 项材料规格、流程和测试标准。 以下标准与不锈钢的检测和钝化工艺相关性较大。  

AMS 标准

航空航天材料规范 (AMS) 是另一个主要处理工艺、材料和标准的标准机构 航空航天应用. 然而，由于所有航空航天应用都使用最好的材料和工艺，因此使用 AMS 标准 可以帮助您保持可靠性。

以下两个标准适用于不锈钢：

英国标准

英国标准 (BS) 由英国标准协会 (BSI) 制定，供英国和英联邦国家使用。

BS EN 2516 是专门针对耐腐蚀钢化学钝化的标准之一，包括所有三个等级和沉淀硬化等级。它还涵盖镍基和钴基合金的去污方法。

不锈钢钝化设备种类

钝化工艺需要一定的设备，可以帮助您优化清洗、漂洗、钝化、最后再次漂洗4步工艺。 您可以为过程选择以下设备类型。  

• 小型台式钝化设备： 手动钝化系统是空间有限的区域的理想选择。通常，此类设备用于钝化小部件和样品。  
• 湿式钝化设备： 一个看起来像流水线的集成系统。 您有足够的空间进行所有钝化步骤和安全功能，例如罐内流动、硝酸法排气等等。 该设备类也是手动的。
• 自动钝化系统： 顾名思义，自动钝化系统遵循相同的原理运行，但整个过程不需要人工干预。
• 搅拌浸泡钝化系统： 使用气动装置搅动零件并提供卓越清洁性能的半自动或自动设备。 更适合您需要最耐用和最长寿命的高度敏感应用。

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不锈钢钝化常见问题解答