从设计和防护角度提升不锈钢酸洗钝化质量

从设计和防护角度提升不锈钢酸洗钝化质量

关国锋,赵毫

河南核净洁净技术有限公司  河南省郑州市  450000

摘要：不锈钢金属表面的酸洗钝化形成的钝化膜，对不锈钢的耐腐蚀性影响很大，且直接影响产品的外观。本文主要通过分析影响不锈钢酸洗钝化质量的因素及检验方法，提出了提升不锈钢酸洗钝化质量的一些方法，为相关从业人员提供参考。

关键词：设计；酸洗；防护。

引言

奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，而且还有良好的冷热加工性能，因此被广泛地用于各类具有防腐蚀要求的产品制造中。奥氏体不锈钢表面的钝化膜，对其耐腐蚀有很大影响，奥氏体不锈钢的钝化膜主要是通过对其表面进行酸洗钝化处理得来的。

1 酸洗钝化的原理

1.1 酸洗钝化原理

金属经氧化性介质处理后，其腐蚀速度比原来未处理前有显著下降的现象称金属的钝化。其钝化机理主要可用薄膜理论来解释，即认为钝化是由于金属与氧化性介质作用，作用时在金属表面生成一种非常薄的、致密的、覆盖性能良好的、能牢固地附在金属表面上的钝化膜。这层膜独立相存在，通常是氧和金属的化合物。它起着把金属与腐蚀介质完全隔开的作用，防止金属与腐蚀介质直接接触，从而使金属基本停止溶解。并非任何金属的氧化膜都可视作钝化膜，如碳钢在高温氧化后形成的氧化膜由于不能满足牢固地附在金属表面的要求而不能称作钝化膜。

1.2 不锈钢酸洗钝化机理

不锈钢的耐腐蚀性主要因为在钢中添加了较高含量的Cr元素，Cr易于氧化。不锈钢放置于空气中会形成氧化膜，但这种膜的保护性不够完善，酸液的化学活性使得缺陷部位的溶解率比表面上其他部位高，因此酸洗可使整个表面趋于均匀平衡，更重要的是，通过酸洗钝化，使铁及铁的氧化物比铬和铬的氧化物优先溶解，去掉了贫铬层，使不锈钢表面富铬，在氧化剂钝化作用下使表面迅速形成致密的Cr2O3钝化膜，能形成满足耐腐蚀要求的钝化膜。

但处于钝态的金属仍有一定的反应能力，即钝化膜的溶解和修复（再钝化）处于动平衡状态。当介质中含有活性阴离子（如Cl-、Br-、F-等卤素离子）时，平衡便受到破坏，溶解占优势。其原因是氯离子能优先地有选择地吸附在钝化膜上，把氧原子排挤掉，然后和钝化膜中的铬离子结合成可溶性氯化物，导致在基底金属上生成点蚀（直径多在20～30μm），所以经酸洗钝化处理的奥氏体不锈钢在与水接触时，若不能将水渍除干净，应控制水中Cl-离子含量不超过25ppm。

不锈钢经酸洗钝化后形成的钝化膜若防护不当，造成表面划伤、磕碰，也很容易受到破损，使其抗腐蚀性能降低，直接影响其寿命。

2 不锈钢酸洗钝化的工艺方案

对于奥氏体不锈钢一般采用氧化性强的以硝酸为主剂的溶液来进行处理，为确保钝化处理的效果，在钝化前先对被钝化表面进行酸洗处理。整个处理过程就称为酸洗钝化处理，筒称酸洗钝化。

为确保酸洗钝化质量，酸洗钝化首先需考虑采用酸洗钝化液浸泡的方式，因为处理件可充分浸泡在酸洗钝化液中，表面反应完全、钝化成膜致密均匀。该法适合连续批量作业，但需随溶液反应浓度降低和挥发等原因而不断补充新液，定期对浸泡液进行测试和化验，且受酸槽形状及容量的限制，不适合大容量设备及形状过长过宽的管线。

在需要局部酸洗钝化或已安装设备等不便于采用浸泡方式时，可考虑用涂刷酸洗钝化膏的方式。其优点是操作灵活，不易过腐蚀，不受后续冲洗时间限制，可针对焊缝等薄弱环节加强钝化。

常用的操作步骤如下：
    去灰尘（用冷水冲洗）——去油污——冲洗（用冷水或热水冲洗）——酸洗——冲洗——消除残存氧化物和焊接飞溅物。
    检验——钝化——冲洗（冷水或热水冲洗）中和——检验。

为了能有效的酸洗和钝化，在进行酸洗钝化前必须除掉焊缝及母材表面的飞溅、焊药、灰尘以及有机污物、油脂等。

酸洗时应严格控制酸洗温度和时间，温度低则时间长，温度高则时间短。防止达不到酸洗效果或过分酸洗而引起基体腐蚀的现象，必要时还可在酸洗液中添加腐蚀剂。

酸洗后一定要用清水彻底冲洗，使之表面不留存残液，以利此后的钝化处理。

3 影响酸洗钝化效果的影响因素及改进方案

在不锈钢产品的酸洗钝化过程中，影响不锈钢酸洗钝化质量的主要因素有酸液的成分（根据处理方法和预期效果的不同而定）、不锈钢表面清理情况、工艺过程温度、工件与酸洗的充分接触、工件的清洗以及工件的防护等。本文主要从设计、清洗以及防护等方面探讨提升不锈钢酸洗钝化质量的方案。

3.1 产品设计、制作工艺优化

由于酸洗钝化过程，需要不锈钢工件与酸洗液重复接触、反应，才能使不锈钢工件表面迅速形成Cr2O3钝化膜，从而满足不锈钢工件耐腐蚀的性能要求。

所以在产品设计阶段，应尽量避免或减少工件内部的不可达性，优化产品各部件的设计结构和加工工艺，如在产品加工过程中，减少产品的焊接工艺使用，采取折弯等冷作工艺，若无法避免焊接，也应尽量减少角焊缝，从而减少狭小缝隙的产生，便于不锈钢产品在浸泡时能与酸液充分接触，同时在清洗时也利于酸液的排出。

3.2 清洗

由于处于钝态的Cr2O3钝化膜具有动态特征，仍有一定的反应能力，且易于被Cl-、Br-、F-等卤素离子破坏，从而导致点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀破裂等现象的产生，所以在清洗过程中应控制清洗用水中Cl-、Br-、F-等卤素离子的含量不超过25mg/L。试验用水若无法满足这一要求，可在水中可加入硝酸钠处理。此外，初步冲洗用水可采用工业水，但对最终清洗用水要求严格控制卤化物含量，通常采用去离子水。

清洗时应根据设备特点，确保清洗彻底，尤其是狭小缝隙、焊缝等处，避免酸液残留，导致产品在存放和使用过程中出现酸液渗出，影响不锈钢表面外观质量，甚至影响其使用寿命。清洗后可采用PH试纸等方式，对表面清洗质量和清洗残液进行检查，表面清洗处PH值在6.5~7.5，残液PH值为中性为宜。

3.3 防护

不锈钢零部件在制造过程中，经过划线、下料成型、焊接、包装、运输等，每道工序只要稍不注意，最后在零部件表面会留下划伤、划痕、榔头印痕迹等，甚至直接与碳钢件接触后导致残留铁离子，这些都会直接影响酸洗钝化后不锈钢的耐腐蚀性。

酸洗钝化后应对钝化表面需采用一定的保护措施，以避免钝化膜的破坏，钝化表面不得接触硬物(包括不锈钢丝和钢丝刷),禁止焊接和打磨等。若后续需进行作业时，钝化层被破坏后，应重新进行酸洗钝化。

4、酸洗钝化后的检验

不锈钢酸洗钝化效果的质量检验一般可分为：外观检验、化学试验。化学试验又主要有人造海水挂片腐蚀试验、硫酸铜滴定试验、高铁氰化钾滴定试验（蓝点试验）等。

常见的检验有下面三种方式：
4.1外观检验

不锈钢酸洗钝化表面应呈均匀银白色，光洁美观，不得有明显腐蚀痕迹，焊缝及热影响区不得有氧化色，不得有颜色不均匀的斑痕。
4.2残液检验

用酚酞试纸检查不锈钢表面残液的冲净程度，PH值中性为合格。
4.3蓝点试验

若酸洗后表面钝化膜不完整或有铁离子污染．就会有游离的铁离子存在，铁离子在不锈钢表面形成原电池，会使不锈钢发生电化学腐蚀。

蓝点试验法的基本原理为，铁氰化钾溶液遇到铁离子即反应生成蓝色沉淀。

5 总结

酸洗钝化作为提升不锈钢耐腐蚀性能的主要方法，在处理过中应根据材料的特殊性，摸索并固化其影响因素，应在设计、清洗、防护等方面采取有效的预防措施，提升酸洗钝化的效果，从而进一步提升不锈钢的耐腐蚀性。