Химия для травления и пассивирования сталей

Высоколегированные стали широко применяются во многих отраслях народного хозяйства, таких как приборостроение, пищевой, химической промышленности, авиа- судостроительстве, производстве медицинского оборудования и многих других направлениях благодаря ряду уникальных свойств и характеристик этих материалов. В процессе изготовления деталей и обработки стали подвергаются огромному количеству как механических воздействий (резка, сварка, сверление, шлифование), так и химических – обработка реактивами, загрязнение маслами, смазками, пылью, взаимодействие с влажными ладонями оператора.

Во время механической обработки заготовки из высоколегированной стали на поверхность основного металла могут проникать частицы, искры, небольшое количество стёртого металла с режущего инструмента, различные масла и смазки, используемые в процессе металлообработки. Все эти факторы ослабляют устойчивость детали к коррозии, делают более восприимчивой её к негативным факторам внешней среды. В результате чего верхний слой поверхности металлов, так называемое пассивационное покрытие, разрушается от действия этих факторов и может возникнуть коррозия.

Существует огромное многообразие видов коррозии, в нашей статье мы рассмотрим основные из них:

Поверхностная коррозия – определяется разрушением металла по всей поверхности равномерным слоем (Рисунок 1);

Рисунок 1 - Поверхностная коррозия
1 - схема равномерной поверхностной коррозии;
2 - равномерная поверхностная коррозия на детали;
3 - местная коррозия;

Язвенная коррозия – ускоренное местное разрушение поверхности металла в виде неглубоких и широких язв (рисунок 2);

Рисунок 2 - Язвенная коррозия

Щелевая коррозия – усиленное разрушение металла в трещинах, щелях или зазорах (рисунок 3);

Рисунок 3 - Щелевая коррозия

Внутрикристаллическая коррозия – хрупкое разрушение, не сопровождающееся заметной пластической деформацией и происходящее при действии средних напряжений, не превышающих предела текучести (рисунок 4);

Рисунок 4 - Внутрикристаллическая коррозия

Коррозия под напряжением – особый вид разрушений металлов, который происходит при совместном действии специфических агрессивных сред и растягивающих напряжений (внешних и внутренних) (Рисунок 5).

Рисунок 5 - Коррозия под напряжением

Методы обработки металлических изделий

Для защиты обрабатываемых металлических плоскостей, производят поверхностную обработку высоколегированных сталей:

- Механическими методами (шлифование и пескоструйная, дробеструйная обработка);

- Химическими методами (вытравливание и пассивирование или электрополировка).

Механические методы.
При шлифовании поверхность обрабатываемого металла характеризуется множественными мелкими царапинами, а при обработке абразивными частицами электронный микроскоп показывает следы от шариков на поверхности после обработки. Деформация поверхности металлов после таких видов обработки является основным недостатком механических видов обработки (рисунок 6).

Рисунок 6 - Виды поверхностной обработки высоколегированных сталей

К химическим методам поверхностной обработки высоколегированных сталей относится вытравливание и пассивирование.
Высоколегированные стали можно вытравливать четырьмя способами:

нанесение кистью травильных паст MOST BLUE, ANTOX 71E PLUS, ANTOX 71E EXTRA, ANTOX 3D;
нанесение насосом травильных желеобразных жидкостей ANTOX 73E SG, ANTOX 73E EXTRA;
с помощью погружения детали в специальную жидкость ANTOX 80E;
электрохимическим.

Пассивирование является эффективным методом восстановления коррозионной стойкости деталей и компонентов из нержавеющей стали. Процесс очищает и улучшает поверхность деталей, увеличивая срок эксплуатации и создаёт защитное покрытие от таких факторов окружающей среды, как вода, воздух и различные загрязнения.

На рисунке 7 показана схематично структура высоколегированной стали перед вытравливанием, затем, что с ней происходит в процессе и как выглядит структура стали вытравленная и пассивированная.

Рисунок 7 - Структура высоколегированной стали схематично

На рисунке 8 можно увидеть структуру обработанной стали под микроскопом.

Рисунок 8 - Микрофотография стали

Нанесение травильных пассивирующих паст кистью

Ручной метод нанесения пасты для травления и пассивации кистью используется для удаления окалины и побежалости сварного шва, полученного при сварке нержавеющих сталей и никелевых сплавов, а также при местной обработке небольших участков деталей в труднодоступных местах.

1. Обезжиривание
Перед тем, как произвести процедуру вытравливания, необходимо подготовить металлическую заготовку. Для этого нужно использовать ACLEAN 400, чтобы обезжирить поверхность или ACLEAN 118, чтобы обезжирить и удалить лёгкую ржавчину. Время воздействия этих средств составляет около 5-10 минут.

2. Смыть водой
Промывание водой под давлением

3. Травление и пассивация.
Затем провести ополаскивание, а после вытравливание производить специальными пастами MOST BLUE, ANTOX 71E Plus, ANTOX 71E Extra. Время воздействия паст около 15-60 минут (желательная температура использования 20^oC, допустимый диапазон температур окружающего воздуха от min 10^oC до max 30^oC, чем ниже предел температуры окружающей среды при использовании химии тем выше время травления.). ‏ Далее проводим нейтрализацию с помощью MOST NEUTRALIZATOR и ANTOX NP, которые наносят непосредственно на травильные пасты MOST BLUE, ANTOX 71E Plus и ANTOX 71E Extra (рисунок 9), около 5 минут.

4. Смыть водой
В конце рекомендовано промывание водой под высоким давление минимум 140 bar с использованием пластиковой щетки на вытравливаемой поверхности.

Рисунок 9 -Ручной метод травления - нанесение паст кистью

Нанесение травильных жидкостей и пассивация насосом

Для обработки крупногабаритных деталей или при отсутствии возможности использовать специальные ванны, травильные жидкости наносят с помощью специальных насосов (ручных или высокого давления – рисунок 10).

Рисунок 10 - Нанесение травильных жидкостей и пассивация насосом

Алгоритм нанесения состоит из следующих этапов:

1. Обезжиривание
Произвести обезжиривание с помощью ACLEAN 400. Если необходимо произвести обезжиривание и удаление легкой ржавчины, тогда используем ACLEAN 118. Для удаления ржавчины и осветления поверхности стали можно использовать ANTOX 75E. Время воздействия: 5-20 минут.

2. Смыть водой
Промывание водой под давлением

3. Травление
Затем совершить вытравливание с использованием ANTOX 73E SG, ANTOX 73E EXTRA – на всю вытравливаемую поверхность. Время действия: 20-60 минут (при температуре 20^oC)‏. Для лучшей видимости можно добавить краситель

4. Смыть водой
Споласкиваем водой под высоким давлением - минимум 140 bar

5. Пассивирование
Осуществить пассивирование с помощью раствора ANTOX 90E с водой (в пропорции 1:1), нанося на всю вытравливаемую поверхность. Время действия: 20-30 минут

6. Смыть водой
Рекомендуется провести споласкивание водой под высоким давлением - минимум 140 bar обессоленной водой (без хлоридов и сульфидов).

Пассивирование методом погружения

Пассивирование с помощью погружения в специальную ванну производится в тех случаях, когда необходимо обработать сразу всю деталь целиком (рисунок 11).

Рисунок 11 - Пассивирование методом погружения

1. Обезжиривание
Так же, как и в ручном методе травления, перед тем, как произвести процедуру вытравливания, необходимо подготовить металлическую заготовку. Для этого нужно обезжирить поверхность, используя ACLEAN 400 или; если необходимо обезжирить и удалить лёгкую ржавчину, то следует использовать ACLEAN 118. Для удаления ржавчины и осветления поверхности стали используем ANTOX 75E (рисунок 12). Время воздействия этих веществ составляет от 5 до 20 минут.

Рисунок 12 - Чистка, осветление, удаление чужеродной коррозии, ржавчины с помощью ANTOX 75 E

2. Смыть водой
Промывание водой под давлением

3. Травление
После ополаскивания можно приступать к вытравливанию в ванне используя концентрат ANTOX 80E (смещивается водой в пропорции 1:1) в течении 20-60 минут. Диапазон температур окружающего воздуха при этом должен составлять от min 10^oC до max 30^oC. Чем ниже предел температуры окружающей среды при использовании химии для травления нержавейки тем выше время травления.

4. Смыть водой
Производим споласкивание водой под высоким давлением - минимум 140 bar

5. Пассивирование
Затем пассивирование концентрированным раствором ANTOX 90E (смещивается с водой в пропорции 1:1). Время воздействия: 20-30 минут при температуре 10-30^oC.

6. Смыть водой
Завершаем процедуру споласкиванием водой под высоким давлением от 140 bar.

Рекомендуется использовать обессоленную воду (без хлоридов и сульфидов)‏.

Полирующая - вытравливающая паста Antox 2001 T

Специальная паста Antox 2001 T предназначена для травления и удаление цветов побежалости поверхностей сварных швов, выполненных в процессе сварки TIG (аргонодуговая сварка), обесцвечивания, а также для очистки сильно загрязненного или ржавого оборудования и изделий, выполненных из нержавеющей стали (рисунок 13).

Рисунок 13 - Удаление цветов побежалости при сварке методом TIG полированных поверхностей

Особенно рекомендуется для полированной стали, потому что это единственная травильная паста, после использования которой поверхность не становится матовой. Не рекомендуется для наружного применения. В комплекте поставки имеется набор для нанесения и полировки (KIT A и KIT B), включающий в себя чистящие средства, пластиковый шпатель для нанесения пасты, войлок для полировки и перчатки (рисунок 14).

Рисунок 14 - Состав набора для полировки Antox 2001 T

Способ применения (рисунок 15):

Нанести небольшое количество полирующей - вытравливающей пасты Antox 2001 T на кусочек ветоши.
Равномерно распределить по обрабатываемой поверхности.
Выдержать 1-2 минуты.
Вытереть обрабатываемую поверхность ветошью.
Смыть излишки пасты водой.

Рисунок 15 - Способ применения пасты Antox 2001 T

Время травления:

ржавчина, сталь: 10-15 минут;
полированная сталь: 1-3 минуты.

Способ нанесения: ручной.

Электрохимическое травление

Ещё одним из методов травления и пассивирования нержавеющей стали является электрохимический. Установка для травления MOST RAPID служит для снятия оксидной плёнки, удаления матовости, цветов побежалости с поверхностей сварных швов, выполненных в процессе аргонодуговой сварки TIG. В процессе обработки деталь подвергается пассивации, в результате чего возникает слой, который защищает деталь от коррозии. Одновременно происходит полировка поверхности (рисунок 16).

Рисунок 16 - Процесс электрохимической полировки

Преимуществом данного способа обработки является значительное удешевление процесса по сравнению с чисткой и обработкой кислотой. Химические жидкости, применяемые в установке, не содержат опасных веществ и не нуждаются в специальной маркировке. К другим преимуществам также можно отнести возможность обрабатывать детали разнообразных геометрических форм, в том числе в труднодоступных местах, придание детали статусного внешнего вида. При электрополировке достигается минимально возможный уровень шероховатости (рисунок 17).

Рисунок 17- Поверхность нержавеющей стали до и после электрохимической полировки

К недостаткам процесса электрохимического полирования можно отнести необходимость механической обработки поверхности перед электрополировкой; отсутствие универсального электролита для различных металлов и как следствие частая его смена; наличие источника электричества как такового и повышенный расход электроэнергии; ограничение разнообразия обрабатываемых материалов, высокая технологичность.

Охрана окружающей среды и техника безопасности при травлении и пасивации

Вытравливающие продукты MOST и Antox, а также вода после смывания них не могут быть слиты в канализацию без специальной переработки. Вода после смывания химии для травления содержит различные кислоты, а так же элементы обрабатываемого металла: железо, хром, никель. Нейтрализация должна производиться гидроокисью кальция. Нейтрализованная вода должна быть профильтрована. Шлам и осадок должны быть переработаны авторизированной организацией.

Персонал работающий в процессе травиления обязан использовать кислотоустойчивую спецодежду и средства индивидуальной защиты — очки, резиновые перчатки, противогазы и т. п (рисунок 18).

В случае попадания травильных растворов и паст на кожу, следует немедленно смыть их водой в течение 10 мин и обратиться к врачу. Персонал работающий в процессе травиления должен проходить медицинское освидетельствование не реже одного раза в год.