مه
پسیواسیون یا غیر فعالسازی سطح
۱٫معرفی – لایه خنثی
مقاومت استنلسی استیل در برابر خوردگی، حاصل تشکیل یک غشای نازک و غیر فعالی اکسید کروم در محیط استیل است که با عنوان حالت یا وضعیت خنثی (paSSive Condition Or paSSive State) شناخته می شود. هر زمان که سطح تمیز استنلس استیل در تماس با محیطی باشد که اکسیژن کافی در آن موجود است، لایه های اکسید کروم بر سطح آن به طور آنی و خود به خود تشکیل می شود. هرچند ضخامت این لایه برای مدتی بعد از تشکیل اولیه افزایش مییابد. رخدادهای طبیعی مانند تماس با هوا یا آب هوادهی شده (گازدار) باعث به وجود آمدن و حفظ حالت ضد خوردگی از طریق سطح غیر فعال می شود.
بدین ترتیب استنلسی استیل می تواند مقاومت در برابر خوردگی خود را حتی زمانی که آسیبی مکانیکی (مانند خراش یا ماشین کاری) به آن وارد می شود، بر اثر داشتن سیستم درونی خود ترمیمی حفظ نماید. کروم موجود در استیل در درجه اول نقش ایجاد مکانیزم خود – خنثی سازی (Self paSSiVation) را دارد. برخلاف فولادهای کربنی و یا استیل های با عیار پایین، استنلس استیل ها باید حداقل شامل ۱۰٫۵ درصد از وزن خود کروم و حداکثر ۱٫۲ درصد کربن باشند. این تعریف از استنلس استیل در استاندارد ۱-۱۰۰۸۸ EN
داده شده است.
مقاومت در برابر خوردگی این استیل های کرومی می تواند با افزودن عناصر آلیاژی دیگر مثل نیکل، مولیبدن، نیتروژن و تیتانیوم (یا نیوبیوم) بهبود یابد. این امر باعث می شود که محدوده گستردهای از استیل با
مقاومتهای گوناگون در برابر خوردگی در کنار ویژگیهای دیگر مانند شکل پذیری، استحکام و مقاومت در برابر گرما (آتش) به وجود بیاید. استنلسی استیلی ها را نمی توان تحت هر شرایطی مقاوم در برابر خوردگی در نظر گرفت. بسته به نوع (ترکیب) استیل شرایطی هست که در آنها حالت خنثی از بین رفته و از شکل گیری مجدد آن جلوگیری می شود. در چنین شرایطی، سطح استیل فعالی (واکنش پذیر) شده که منجر به خوردگی می شود. شرایط فعالی در استنلسی استیلی ها میتواند در محیطهای کوچک کم اکسیژن، مانند اتصالات مکانیکی، گوشه های تنگ یا جوشی های ناکامل و ضعیف روی دهد. حمله خوردگی ها میتوانند بصورت شکافی و یا در سطوح موضعی رخ دهند.
- ۲. مقایسه رسوب زدایی، اسید شویی، خنثی سازی و تمیز کردن:
اصطلاحات «رسوبزدایی»، « اسیدشویی » و «خنثی سازی» معمولاً اشتباه می شوند، اما هر کدام فرایند متمایزی دارند. در نتیجه فهم دقیق تفاوتهای تأثیر هر یک از این فرایندها بر روی سطوح استنلس استیل بسیار مهم است.
۱. ۲ رسوب زدایی:
رسوب زدایی، زدودن پوسته ضخیم و مرئی اکسید از سطح استیل است که معمولاً رنگ آن خاکستری تیره است. این فرایند به طور معمولی هنگام تولید استیل در کارخانه و قبل از تحویل آن انجام می شود. رسوب زدایی کارخانه معمولا در یک فرایند دو مرحله ای انجام می شود، به این صورت که اول به صورت مکانیکی رسوبات موجود بر سطح ست شده و سپس از سطح فلز برداشته می شوند. سپس سطح فلز اسیدشویی می شود تا لایه فلزی که درست زیر رسوب تشکیل شده، برداشته شود. این مرحله از فرایند هم البته باید به عنوان یک
فرایند جدا در نظر گرفته شود. اگرچه ممکن است مقدار ناچیز رسوب در بخش های متأثر از حرارت در دمای بالا حین جوش یا فرایندهای حرارتی بر بخشیهایی از قطعات ساخته شده استنلسی استیل به وجود اید، اما معمولا عملیات رسوبزدایی مجدد ضروری نیست.
- لایه مات و خاکستری باقی
- مانده بر محصولات حرارت
- دیده کارخانه بر اثر رسوب زدایی و اسید شویی رسوبات سست شده باعث خشن شدن سطح می گردند.
- بر سطوح استنلس استیل رسوب
- خاکستری سیاه رنگی در طول شکل دهی و نورد کردن تشکیل می شود. ایناکسید سخت به وسیله رسوب زداییدر کارخانه استیل برداشته میشود .
۲. ۲ اسید شویی:
اسیدشویی، زدودن لایه نازک فلزی از روی سطح استنلس استیل است. معمولاً مخلوطی از اسید نیتریک و اسید هیدرفلوریک جهت اسیدشویی استنلس استیل بکار گرفته می شود. اسیدشویی فرآیندی است که برای برداشتن لایه های تغییر رنگ یافته ناشی از حرارت جوشی که میزان کروم آن کاهش یافته است از سطح قطعه کار شده، بکار میرود.
۳٫ ۲ خنثی سازی:
خنثی سازی معمولاً بر سطوح استنلس استیل به طور طبیعی رخ میدهد، اما گاهی لازم است تا این فرایند را با روشی های اکسید کردن با اسید، سرعت بخشید. هر چند برخلاف اسیدشویی در عملیات خنثی سازی با اسید هیچگونه فلزی از سطح برداشته نمی شود، اما کیفیت و ضخامت لایه خنثی در طول خنثی سازی اسیدی به سرعت گسترش مییابد. ممکن است گاهی شرایطی پیش بیاید که فرایندهای اسیدشویی و خنثی سازی با اسید نیتریک بصورت متوالی و نه همزمان صورت پذیرد. اسید نیتریک به تنهایی استنلسی استیلی را فقط خنثی می سازد و برای اسید شویی
استنلسی استیل اسید موثری نیست.
۴. ۲ تمیز کردن:
روشهای اسید شویی به تنهایی برای پاک کردن روغن، گریس یا مواد غیر ارگانیک آلوده کننده که در ضمن مانع تشکیل لایه خنثی بر سطح استیل می شوند، کافی نیست. ترکیبی از چربی زدایی، پاک نمودن، اسید شویی و خنثی سازی لازم است تا سطوح قطعات ساخته و یا ماشینکاری شده استنلسی استیلی جهت مقاصد مورد نظر آماده گردد. اگر قطعات استنلسی با گریس یا روغن آلوده شده باشد، آنگاه تمیز کردن سطح قبل از اسیدشویی ضروری است
۳. روشهای اسید شویی:
روشی های متفاوت اسیدشویی وجود دارد که میتوان جهت محصولات، قطعات ساختمانی و فلزکاریهای استنلسی استیل در معماری بکار گرفت. مهمترین اسیدهایی که در اسیدشویی استنلسی استیل از ان ها استفاده می شود، اسید نیتریک و اسید هیدرفلوریک می باشند. روشی های اصلی که برای اسیدشویی محصولات یا سطوح وسیع استنلسی توسط متخصصان اسیدشویی انجام میگردد، شامل موارد زیر می باشند: – غوطه ورسازی در مخزن اسید (حمام اسید)
– اسیدشویی پاششی (Spray)
۔ اسیدشویی چرخشی در روش غوطه ورسازی معمولاً اسیدشویی در خارج از محوطه کارخانه (ofTSite) تولیدکننده و یا در کارخانه
مخصوصی اسیدشویی صورت میگیرد.
اسید شویی پاششی می تواند در محلی (On-Site) انجام گرفته هر چند باید توسط متخصصان با رعایت نکات ایمنی و داشتن تجهیزات و وسایل مناسب برای دفع ضایعات اسیدی صورت پذیرد. روشی غوطه ورسازی این مزیت را دارد که تمامی سطوح به صورت یکدست و بهینه برای مقاومت در برابر خوردگی، اسید شویی می شود. این روش همچنین بهترین گزینه از نظر سلامتی و ایمنی است چرا که خارج از محوطه کارخانه انجام می شود. اسید شویی که در کارگاه استنلسی استیل دارای تخصصی اسید شویی انجام می شود دارای دقت
بالای کنترل فرایند بوده و تأثیرات منفی محیطی آن حداقل میباشد. در مواردی که لوله برای حمل مایعات خورنده در نظر گرفته شده، روش اسید شویی چرخشی توصیه میشود.
در این روش مواد اسید شویی در داخل سیستم چرخانده می شوند
سطوح کوچک تر، خصوصاً اطراف محل های جوش، با روش های زیر اسید شویی می گردند: – استفاده از برس با ژل ها / خمیرهای مخصوص
۔ تمیز کردن الکتروشیمیایی این روشها میتوانند در محل انجام گیرند و نیاز به دانش تخصصی برای انجام عملیات به طور ایمن و موثر ندارند. اما در اختیار داشتن تخصصی کافی و نظارت برای به حداقل رساندن ریسک های مربوط به محیط زیست و سلامتی لازم است. در صورتی که زمان های تماسی اسید یا فرایند شستشوی نهایی به درستی و بر طبق دستورات سازنده روی محصول کنترل و اجرا نشود، امکان دارد که خوردگی در محلی های اسید شویی شده رخ دهد. مدت زمان لازم تماسی اسید برای نوع های مختلف استنلس استیلی متفاوت است. بنابراین مجریان اسید شویی می بایست از نوع استیلی که اسید شویی می شود و همچنین خطرات محصولات مورد استفاده آگاه باشند تا نتیجه مطلوب بدست آید. مهم است که تمام ذرات باقیمانده از محصولات اسید شویی، رسوبات و آلودگی های ناشی از آن به طور کامل از سطح استیل شستشو شود تا یک سطح کاملا مقاوم در برابر خوردگی و عاری از زنگ بدست آید. متخصصان پاک کردن و نگهداری استیل معمولاً برای گرفتن نتیجه بهتر از آب مقطر برای شستشوی نهایی استیل جهت مصارف ارشیتکتی استفاده می کنند.
۴. عملیات خنثی سازی:
لایه خنثی که بر سطح استنلس استیل تشکیل می شود فقط یک اکسید ساده یا رسوب نیست که با حرارت دادن استیل تشکیل شود. در حین حرارت دهی، ضخامت لایه اولیه شفاف خنثی افزایش یافته و سایه قهوهای رنگی ناشی از گرما بر روی سطح تشکیل میشود که نهایتاً باعث تشکیل رسوب اکسید خاکستری رنگ می شود. این لایه های مرئی اکسید، منجر به کاهش مقاومت سطح در برابر خوردگی در دمای محیط می شوند.
برخی محصولات استنلس استیلی، مانند قطعات کوره که برای دماهای بالا طراحی شده اند، از این پوششی های ضخیم و محکم رسوبات اکسیدی برای محافظت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا بهره می برند. در مقابلی، قطعاتی که برای استفاده در دمای محیط طراحی شده اند، جهت مقاومت در برابر خوردگی به لایه شفاف خنثی خود متکی هستند.
اگرچه این فرایند خنثی سازی به طور طبیعی و خود به خود انجام می شود، اما فرایند تشکیل اکسیدهای کروم جهت تشکیل لایه خنثی می تواند با بکارگیری اکسیدکنندههای قوی تقویت شود. اسید نیتریک برای این کار بسیار مفید است و به طور گسترده در عملیات خنثی سازی استنلس استیل در سطح تجاری مورد استفاده قرار میگیرد. اسیدهای اکسید کننده ضعیفتر، مانند اسید سیتریک هم می توانند به شکل گیری لایه خنثی کمک کنند.
خنثی سازی از طریق اسید برای محصولات و وسایل استنلسی استیلی نه عنوان یک روش بلکه به عنوان یک استثنا می بایست در نظر گرفته شود. استنلسی استیلی که توسط کارخانه های استیل و انبارهای مورد اعتماد تحویل می گردند، کاملا خنثی می باشد. اگرچه برای قطعات پیچیده و شکل یافته ماشینکاری شده عملیات خنثی سازی لازم است. در چنین موارد خاصی تامین اکسیژن برای تمام سطوح تازه شکل یافته ممکن است
محدود بوده که باعث می شود فرایند خنثی شدن، نسبت به سطوح در تماس با هوای آزاد به مدت زمان بیشتری تا کامل شدن نیاز داشته باشد. در صورت استفاده از این قطعات (قبل از تکمیل فرایند خنثی شدن) در محلی هایی که چنین استنلسی استیل هایی بطور معمول استفاده می شوند، خطر خوردگیهای غیر قابل پیش بینی وجود دارد. عملیات خنثی سازی تحت این شرایط ریسکهای مربوط به خوردگی را از بین میبرد. قبل از اینکه عملیات خنثی سازی با اسید انجام شود، باید سطوح استیل ویژگیهای زیر را داشته باشد: – فاقد هرگونه رسوبات اکسیدی باشند (رسوبزدایی شده باشد)
– دارای لایههای سطحی فلزی مملو از کروم، حاصل از عملیات اسید شویی که اکسیدها و سایه رنگهای حرارتی را رفع میکنند، باشند. – تمیز باشند. (فاقد هرگونه آلودگی آلی، روغن های ماشین کاری، چربی و گریس باشند.)
۵. سایه رنگ ناشی از حرارت جوشکاری:
سایه رنگ ناشی از حرارت، نتیجه ضخیم شدن لایه اکسید شفاف (که بطور طبیعی تشکیل می گردد) بر سطح استیل است.
رنگهایی که به وجود می آیند شبیه به رنگهای ناشی از عملیات حرارتی بر سطوح فولادهای دیگر بوده و محدوده رنگهای زرد کمرنگ تا آبی تیره را شامل می شود. (Welding heattiint).
سایه رنگ معمولاً در نقاط در معرض حرارت ناشی از جوش خوردگی محصولات استنلس استیل، حتی اگر از پوشش مناسب گاز استفاده شده باشد، دیده می شود (عوامل دیگر جوشی مثل سرعت جوشکاری میتواند بر درجه رنگی که اطراف محدوده جوش تشکیل می شود اثرگذار باشد.) همین که سایه رنگ بر سطح استنلس استیل ظاهر می شود، کروم سریعتر از آهن موجود در استنلس استیل به سطح کشیده شده و به آسانی اکسید می شود. در این فرایند یک لایه زیرسطحی با مقدار کمتری از کروم نسبت به بقیهٔ بدنه استیلی تشکیل می گردد که مقاومت کمتری در برابر خوردگی دارد.
سایه رنگهای قابل مشاهده بر سطوح استنلس استیل (ناشی از جوشی)، مقاومت در برابر خوردگی سطح را لوازم، این امر نه تنها باعث افزایشی زیبایی ظاهری محصول می شود، بلکه ویژگی مقاومت سطح استیل در برابر خوردگی را نیز کاملاً حفظ می کند.
سایه رنگ ناشی از حرارت بر روی قطعات استنلس استیل می تواند با استفاده از ژل ها و یا خمیرهای مخصوصی از آنجایی که نمی توان به تنهایی به اسید نیتریک برای برداشتن کافی فلز از سطح تکیه کرد، ممکن است ترکیبی از روشی های پرداخت مورد نیاز باشد. این روشی ها می توانند شامل عملیات مکانیکی (سنگ زدن یا ساییدن) پس از به کارگیری اسید نیتریک برای آلودگی زدایی باشند. همچنین بسیار مهم است که سایه رنگ ناشی از جوشی از وجوه پنهان قسمتهای جوش خورده برداشته شود،
چرا که ممکن است این وجوہ در معرض ܠܢܸܠ و استفاده قرار گیرند. دستورالعملهای تأمین کنندگان مواد اسید شویی، به علت مضر بودن اسید برای سلامتی انسان، در هنگام پاک کردن سایه رنگ حاصل از جوش می بایست دقیقاً دنبال گردند. در صورت طولانی شدن زمان تماسی مواد با سطح ، ممکن است خوردگی نقطه ای بر سطح استنلسی استیل اتفاق بیفتد.
۶. لکه های زنگزدگی سطحی:
برای بهینه شدن مقاومت در برابر خوردگی، سطوح استنلس استیل باید عاری از هرگونه مواد آلی (گریس، روغن، رنگ و …) و ذرات فلزی به خصوص پس مانده های آهن یا فولادهای کربنی باشند. استنلس استیلی که توسط کارخانه ها یا کارگاه ها و انبارهای مطمئن عرضه می شوند، معمولاً تمیز و بدون آلودگی هستند. کالاهایی که به دقت و از استنلسی استیل مناسب تولید گشته و با توجه به کاربرد کالا، بر سطح ان عملیات پرداخت به درستی صورت گرفته باشد، تا زمانی که در معرض آلودگی قرار نگرفته باشند، لکههای زنگزدگی روی آنها تشکیل نمی شوند.
لکه های زنگزدگی که به علت تماس با قطعات فولاد کربنی ایجاد می شوند، معمولاً به عنوان خوردگی خود سطح استنلس استیل تصور می شوند. این مشکل می تواند شامل نقاط قهوهای کمرنگ و یا نقاط خورده شده روی سطوحی مانند نردهها باشد. این امر موضوعی متداول در مورد استنلسی استیل پس از نصب و استفاده در مصارف معماری می باشد.
جبران «آلودگی آهن» (irOn COntamination) میتواند پرهزینه باشد. میتوان به سادگی با بکارگیری فرایندهای مناسب ساخت و کنترل، از بروز آن جلوگیری کرد، هرچند امکان پاک کردن آن با روشهای مناسب هم وجود دارد. علل اصلی به وجود آمدن آلودگی آهن بر سازههای استنلسی استیل شامل موارد زیر می باشد:
– استفاده از ابزار و وسایل از جنس فولادهای کربنی (حمل کنندهها، تکیهگاه ها، ابزار بلند کردن و زنجیرها و غیرہ)، بدون تمیز کردن کافی . – برش فلز، تولید یا مونتاژ در کارگاه هایی با تولیدات فلزی مخلوط، بدون جداسازی مناسب یا ملاحظات لازم برای تمیز کردن. اگر احتمال الودگی سطحی باشد، تستهای مختلفی وجود دارد که می توان از انها استفاده کرد. استاندارد (American StandardS ASTM A380 and A967) تستهای مربوط به سنجش آلودگی را تعیین می نماید.
برخی از تستها به تنهایی به دنبال لکههای زنگزدگی ناشی از تماس با آب یا محیطهای بسیار شرجی در طول زمان های مشخص در معرض هوا میباشند اما برای تعیین یون آهن آزاد که موجب زنگزدگی متوالی می شود، می بایست از تست “TerTOXyl” استفاده کرد. این تست حساس، آلودگی آهن آزاد یا اکسید آهن را تشخیص می دهد. ASTM A380 بخش ۷٫۳٫۴ روند دقیق آن را که در آن محلولی از اسید نیتریک، آب مقطر و فری سیانید پتاسیم استفاده می شود، مشخص کرده است.
اگرچه براساسی دستور ساخت ارائه شده در ASTM A380 می توان این عمل را انجام داد، اما استنلس استیل ارائه گردد. معمولاً نزدیک ترین نهادهای فعال در زمینه استنلس استیل در محل می توانند انتخاب روشیهای مناسب را توصیه نمایند.
در صورت تشخیص آلودگی آهن باید تمام ذرات ریز و رد پای آهن پاک شود. هر نوع فرایند آلودگی زدایی که می تواند کاملاً آهن روی سطح را بزداید، قابل استفاده است، به شرطی که | تمام آلودگی پاک شود نه اینکه بر باقی سطوح قطعه استیل پخش و گسترده شود. رفع آلودگی با استفاده .۳ محلول اسید به عنوان یک مرحله بر روشی تک مرحله ای شامل پاک کردن سایشی توسط برسهای سیمی و یا نمدهای پلاستیکی رجحان دارد. آلودگی زنگ آهن بر سطح استنلس استیل در طول عمر خدمت آن ظاهر زشتی را به وجود می آورد.
رفع این زنگار می تواند زمان بر و پرهزینه باشد. (تصویر مقابلی) زمانی که فقط نیاز به آلودگی زدایی استنلس استیل می باشد، باید از آماده سازی توسط اسید نیتریک و اسید هیدرفلوئوریک خودداری کرد. ترکیب این اسیدهای قوی اگر به دقت کنترل نشوند میتوانند باعث نقشی افتادن ناخواسته بر سطح استیل شوند.
۷. مشخص کردن اسید شویی و خنثی سازی:
روشی های اسید شویی مثل حمام اسید یا اسیدشویی پاششی و خنثی سازی از طریق اسید نیتریک باید به
تولید کنندههای شایسته ۹ متخصصین این کار دسپرد ۵ شود. انتخاب و کنترل این فرایندهای پرخطر برای اطمینان یافتن از حصول سطوح بامقاومت مطلوب در برابر خوردگی، بسیار حساسی است. متخصصان امر باید به دقت گزینش شده و بایستی اطمینان پیدا کرد که کار خود را طبق قوانین زیست
در صورت امکان، چگونگی سطح نهایی و روش کار می بایست تعیین و مورد توافق واقع شود. این توافق می تواند از طریق اندازهگیری پارامترهایی مثل زبری سطح (Ra)، بازتابش و براقی بدست آید اما در نهایت باید مطابق نمونه های تولید شده توسط پیمانکار و تایید شده از سوی کارفرما باشد.
روشهای خنثی سازی که براساسی استانداردهای اروپا تعریف گردیدهاند: ۱۶:۱۹۹۷ ۲۵ EN خنثی سازی فولادهای مقاوم در برابر خوردگی و آلودگی زدایی آلیاژهای با پایه نیکل. خانوادههای گوناگون استنلس استیل در «فرایند طبقه بندی شده» که طبق آن عملیات خنثی سازی در یک یا دو مرحله با استفاده از محلول های اسید نیتریک یا سدیم دی کرومات انجام می پذیرد، جا می گیرند. استانداردهای آمریکایی محدوده وسیع تری از این فرایندها را شامل پاک کردن، اسید شویی و خنثی سازی پوشش میدهند.
استانداردهای اصلی عبارتند از: ASTM A380 عملیات پاک کردن، رسوبازدایی و خنثی سازی قطعات، ابزار و وسایل استنلس استیل. ASTM A96 مشخصات عملیات خنثی سازی شیمیایی برای قطعات استنلس استیل.
