不锈钢表面处理:酸洗、钝化与抛光
不锈钢因其优良的耐腐蚀性和良好的外观而广泛应用。不锈钢在生产过程中,不可避免地要经过退火、正火、淬火、焊接等加工过程,表面时常会产生黑色的氧化皮。氧化皮不仅影响不锈钢的外观质量,也会对产品的后续加工产生不利影响,故在后续加工前必须采用酸洗、抛光等表面处理方法将其除去。不锈钢氧化皮为NiO2、Cr2O3 、FeO·Cr2O3、FeO·Cr2O·3Fe2O3 等致密型氧化物,去除难度因不锈钢牌号及零件规格、制造条件的差异而不同,如果表面处理不当,不仅浪费人力,还可能造成不锈钢点蚀、报废。不锈钢酸洗、钝化目前在真空技术网看到的研究报道较少,笔者就一些在生产中简便可行的不锈钢表面处理方法介绍如下。
1、不锈钢酸洗
酸洗的主要目的是除去不锈钢经高温作业(如热处理、焊接、锻造、铸造等) 产生的氧化膜,露出不锈钢原始表面。不锈钢零件形状、规格不同,有时需要采用的酸洗方法也不同,如浸洗、擦洗、酸洗膏酸洗等。
不锈钢的酸洗、钝化包括如下步骤: 酸洗前验收—除油—水洗—酸洗—水洗—除挂灰—水洗—钝化—水洗—中和—水洗—干燥—除氢。
1.1、除油
表面油污严重时,应使用有机溶剂如汽油等清洗。油污较少时可以采用化学除油、电化学除油等。
(1) 化学除油:氢氧化钠60～80g/L ,磷酸钠20～40g/L ,碳酸钠20～40g/L ,硅酸钠3～10g/L 。总碱度65～100g/L ,温度70～90℃,时间以油除净为止。
(2) 电化学除油:氢氧化钠30～50g/L ,磷酸钠20～30g/L ,碳酸钠20～30g/L ,水玻璃3～5g/L 。总碱度40～60g/L ,温度60～80℃,电流密度3～10A/dm2 ,时间:阴极3～5min,阳极1～5min,电极材料用钢板或镀镍钢板。
大规格不锈钢产品,如复合板、大型压力容器等,无法放入除油槽中除油,可以用抹布或拖布蘸常温除油剂、洗衣粉等的水溶液,擦拭除油。批量大、尺寸小而重量轻的零件,用滚筒除油更好。将这些零件放入滚筒内加上适当的磨料和除油剂进行除油,效果好,成本低,操作方便。但不适用于易变形的薄片零件。
除油干净的标准为: 除油后水洗,水膜连续30秒不裂开。
1.2、酸洗
根据不锈钢的材质选用酸洗液。奥氏体不锈钢采用侵蚀性较强的溶液酸洗效果较好,而马氏体不锈钢采用侵蚀性较弱的溶液酸洗效果较好。不锈钢零件形状、规格不同,有时需要采用的酸洗方法也不同。
1.2.1、浸洗
较小的零件可以浸入酸洗槽中浸洗。奥氏体不锈钢酸洗工艺见表1 。
表1 奥氏体不锈钢酸洗工艺
注:1) 喷砂件时间为1～3min。
马氏体不锈钢酸洗可以使用以下工艺:
(1) 硝酸20%(φ) ,氢氟酸8 %～10%(φ) ,水余量,室温下3～10min。
(2) 硝酸140～150g/L ,磷酸110～120g/L ,水余量,室温下5～10min。
1.2.2、擦洗
较大规格不锈钢工件,如复合板、大型压力容器等,无法放入酸洗槽中酸洗,可以用耐酸布蘸表1溶液,反复多次擦拭进行酸洗。其焊缝及热影响区,可以涂上溶液,用水砂纸擦洗。焊缝中夹杂的焊剂和焊渣可用钢针等工具挑去。
1.2.3、酸洗膏酸洗
对于复合板、压力容器等大规格工件,也可以涂上酸洗膏进行酸洗。常用配方如下:
(1) 硝酸10%～15%(φ),氢氟酸15 %～20%(φ),水60%～70%(φ)。
(2) 硝酸5%(φ),硫酸10%(φ) ,盐酸40%(φ),水45%(φ)。
两种溶液中分别加入陶土,调成糊膏状即可。
1.2.4、其他酸洗方法
较大的圆筒,管子内可以在表面涂少量酸洗液,使其转动,进行酸洗。有些大件的局部,如压力容器的焊缝,可以用钢丝轮,砂轮打磨后,再涂酸洗膏或酸洗液酸洗。
有必要特别提出的是,酸洗要注意以下几点:
(1) 马氏体不锈钢不能用腐蚀性较强的配方酸洗,否则会发生局部腐蚀。但奥氏体不锈钢可以用酸洗马氏体不锈钢的工艺进行酸洗。
(2) 表1的配方4中含有氯离子,酸洗速度较快,只用于厚氧化膜的初酸洗。初酸洗后再用其他酸洗工艺进行第二次酸洗。氯离子易引起不锈钢点腐蚀。配制酸洗溶液时尽量用蒸馏水,防止氯离子的混入。
(3) 擦洗、滚洗、酸洗膏酸洗时,应使酸洗表面始终保持湿润,不能干燥,否则局部酸浓度过高,将产生云雾状花纹。
(4) 在各种酸洗工艺过程中都必须注意严格控制酸洗温度、时间等工艺条件,否则会酸洗不足、过酸洗,甚至发生工件腐蚀报废。
1.3、除挂灰
不锈钢酸洗后表面一般都残留有一层挂灰。除去挂灰的方法有如下两种: (1) 电化学除挂灰。即用电化学除油槽,进行阳极处理。阳极电流密度3～5A/dm2,时间5～10min。(2) 气/水枪冲洗挂灰。即用压力为2～5kg/cm2 的压缩空气和自来水混合的高速水流冲洗工件。
