Что такое подкисление и пассивация

Thread Content

Химическая обработка для удаления ржавчины — это химическая реакция, используемая для устранения ржавчины с поверхности стали. Полное кислотное очищение и пассивация нержавеющей стали с удалением всевозможных загрязнений: масел, ржавчины, оксидного налета, следов сварки и т. д. После обработки поверхность приобретает однородный серебристо-белый цвет. Это способствует повышению устойчивости нержавеющей стали к коррозии; метод подходит для обработки деталей, листов нержавеющей стали и различного оборудования любых моделей. Прост в использовании, удобен и экономичен; кроме того, в его состав включены эффективные ингибиторы коррозии и средства против тумана, которые предотвращают чрезмерную коррозию металла и явление гидрошламбования, а также снижают образование кислотного тумана. Особенно подходит для небольших сложных деталей, когда невозможно использовать кремовую формулу; превосходит аналогичные продукты на рынке. В зависимости от типа нержавеющей стали и степени наличия оксидного покрытия можно использовать средство в чистом виде или разбавить его водой в соотношении 1:1–4 ； Ферритные, мартенситные и аустенитные нержавеющие стали с низким содержанием никеля (такие как 420, 430, 200, 201, 202, 300, 301 и т. д.) используются после разбавления, а аустенитные нержавеющие стали с высоким содержанием никеля (такие как 304, 321, 316, 316L и т. д.) — после замачивания в чистом растворе ； Обычно его используют при комнатной температуре или после нагрева до 50–60 градусов. Необходимо замачивать поверхность в течение 3–20 минут или дольше (конкретное время и температуру определяют в зависимости от условий использования). Процедуру продолжают до тех пор, пока грязь на поверхности полностью не исчезнет, а поверхность не станет однородно серебристо-белой; при этом формируется однородная и плотная пассивирующая пленка. После завершения обработки изделие вынимают и тщательно промывают чистой водой. Желательно также промыть его раствором щелочи или извести для нейтрализации. Необходимость подкисления и пассивации нержавеющей стали. Нержавеющая сталь обладает хорошей стойкостью к коррозии, устойчивостью к окислению при высоких температурах, достойными свойствами при низких температурах, а также отличными механическими и физическими характеристиками. Поэтому он широко используется в таких отраслях, как химическая промышленность, нефтегазовая промышленность, энергетика, ядерная инженерия, аэрокосмонавтика, морской транспорт, фармацевтика, легкая промышленность и текстильная промышленность. Его основная цель — защита от коррозии и ржавчины. Устойчивость нержавеющей стали к коррозии обусловлена прежде всего поверхностным пассивирующим слоем. Если этот слой нецелостен или имеет дефекты, нержавеющая сталь все равно будет подвержена коррозии. В инженерии обычно применяют процедуры подкисления и пассивации, чтобы максимально раскрыть коррозионную стойкость нержавеющей стали. В процессе формовки, сборки, сварки, контроля сварных швов (такого как ультразвуковой контроль, испытания на прочность под давлением) и маркировки стальных оборудования и деталей на их поверхности могут появляться загрязнения в виде масла, ржавчины, неметаллических частиц, примесей из металлов с низкой температурой плавления, краски, шлака и других отходов сварки. Эти вещества влияют на качество поверхности стального оборудования и деталей, разрушают их оксидный слой, снижают способность стали противостоять как общей коррозии, так и локальной коррозии (включая точечную и коррозию в зазорах). В некоторых случаях это может привести к коррозионному разрушению под действием напряжений. Очистка поверхности нержавеющей стали, её обработка кислотой и пассивация не только способствуют максимальному повышению стойкости к коррозии, но также предотвращают загрязнение изделия и придают ему привлекательный внешний вид. В стандарте GBl50-1998 «Стальные сосуды под давлением» предусмотрено, что поверхность сосудов, изготовленных из нержавеющей стали или композитных стальных листов, которые требуют защиты от коррозии, должна быть обработана путем кислотной очистки и пассивации. Это положение касается сосудов под давлением, используемых в нефтехимической промышленности, поскольку эти устройства применяются в условиях прямого контакта с коррозионными средами. Для обеспечения их стойкости к коррозии необходимо проводить процедуру обработки кислотой и пассивации. В других промышленных сферах, где нержавеющая сталь используется не в целях защиты от коррозии, а исключительно по соображениям чистоты и внешнего вида, обработка кислотой и пассивация не требуются. Однако швы оборудования из нержавеющей стали также требуют подкисления и пассивации. Для ядерной инженерии, некоторых химических установок и других оборудований с высокими требованиями, помимо подкисления и пассивации, необходимо также использовать средства высокой чистоты для финальной тщательной очистки или применять механическую, химическую и электролитическую полировку для дальнейшей обработки. Принцип подкисления и пассивации нержавеющей стали. Антикоррозионные свойства нержавеющей стали обусловлены наличием на её поверхности очень тонкого (около 1 нм) плотного пассивирующего слоя. Этот слой защищает поверхность от воздействия коррозионных факторов и является основным барьером для защиты нержавеющей стали. Пассивация нержавеющей стали имеет динамические характеристики; её не следует рассматривать как полное прекращение коррозии, а скорее как формирование барьерного слоя, который замедляет скорость анодных реакций. Обычно в присутствии восстановителей (например, ионов хлора) происходит разрушение мембраны, тогда как в присутствии окислителей (например, воздуха) мембрана может сохраняться или восстанавливаться. При нахождении в воздухе изделия из нержавеющей стали на их поверхности образуется оксидный слой, однако защитные свойства этого слоя недостаточно сильны. Обычно сначала проводится тщательная очистка, включая щелочную и кислотную обработку, затем — пассивация с использованием окислителей, чтобы обеспечить целостность и стабильность пассивирующего слоя. Одной из целей подкисления является создание благоприятных условий для процесса пассивации, что обеспечивает формирование качественной пассивирующей пленки. Поскольку в процессе кислотной обработки с поверхности нержавеющей стали удаляется слой толщиной около 10 микрометров, химическая активность кислоты приводит к тому, что скорость разрушения дефектных участков выше, чем в остальных частях поверхности. Таким образом, кислотная обработка способствует достижению равномерного состояния на всей поверхности, а также устраняет факторы, которые могут способствовать коррозии. Но что ещё важнее, благодаря процедуре кислотной обработки и пассивации железо и его оксиды растворяются быстрее, чем хром и его оксиды. Это приводит к удалению слоя с низким содержанием хрома, в результате чего хром концентрируется на поверхности нержавеющей стали. Потенциал такой пассивирующей пленки, богатой хромом, может достигать +1,0 В (SCE), что близко к потенциалу драгоценных металлов. Это способствует повышению стойкости материала к коррозии. Различные методы пассивации также влияют на состав и структуру пленки, что, в свою очередь, влияет на коррозионную стойкость нержавеющей стали. Например, с помощью электрохимической обработки можно придать пассивационной пленке многослойную структуру: в барьерном слое может образовываться CrO3 или Cr2O3, либо может формироваться стеклоподобная оксидная пленка, что позволяет нержавеющей стали обладать максимальной коррозионной стойкостью. I. Методы подкисления и пассивации нержавеющей стали: метод замачивания. Применяется для деталей, которые можно поместить в емкости для подкисления или пассивации. Однако этот метод не подходит для крупного оборудования. Раствор для подкисления может использоваться в течение длительного времени; это позволяет повысить производительность и снизить затраты ； Заполнение крупногабаритного оборудования кислотой влечет за собой чрезмерную потерю жидкости. Метод нанесения подходит для обработки внутренних поверхностей крупного оборудования и отдельных участков, а также в ситуациях, когда условия труда сложные и кислоту невозможно восстановить. Метод с использованием пасты применяется на месте установки или ремонта, особенно для обработки сварных соединений в условиях ручного труда, при плохих условиях труда и высокой стоимости производства. Метод распыления используется на месте установки; он позволяет обрабатывать внутренние поверхности крупных контейнеров с небольшим количеством жидкости, при этом затраты минимальны, а скорость работы высока. Однако для его применения необходимы распылители и система циркуляции жидкости. Метод циркуляции используется для крупного оборудования, такого как теплообменники и корпусно-трубчатые установки; он удобен в применении. Кислоту можно повторно использовать, для этого необходимо оборудование для создания системы циркуляции с трубопроводами и насосами. Электрохимический метод может применяться как к отдельным деталям, так и для обработки поверхности оборудования на месте с использованием щеток. Эта технология является довольно сложной; для её реализации требуется источник постоянного тока или устройство для поддержания постоянного потенциала. II. Процессы кислотной обработки и пассивации: удаление масла, очистка от загрязнений → промывка чистой водой → пассивация → промывка чистой водой → сушка.
III. Предварительная обработка перед кислотной обработкой и пассивацией: 3.1 После завершения производства нержавеющих контейнеров или деталей необходимо проверить их соответствие требованиям, указанным в чертежах и технической документации. Только после этого можно приступать к кислотной обработке и пассивации. 3.2 Необходимо тщательно очистить шов, а также шлак и остатки расплавленного металла по обе стороны от него. На поверхности механически обработанных частей контейнера следует использовать бензин или средства для очистки, чтобы устранить жир и другие загрязнения. 3.3 При устранении посторонних веществ с обеих сторон сварного шва следует использовать щетки из нержавеющей стали, лопатки из нержавеющей стали или шлифовальные круги. После удаления посторонних веществ необходимо промыть поверхность чистой водой (содержание хлоридов в воде не должно превышать 25 мг/л). 3.4 При сильном загрязнении маслом для его удаления используется раствор щелочи концентрацией 3–5%, после чего поверхность промывается чистой водой. 3.5 Оксидный налет на деталях из нержавеющей стали, полученных в результате термической обработки, можно устранить с помощью механической шлифовки. Для этой цели используется песок чистого кремния или алюминия оксида. 3.6 Разработка мер безопасности при подкислительной обработке и пассивации, определение необходимых инструментов и средств индивидуальной защиты. IV. Состав растворов и паст для подкисления и пассивации 4.1 Состав раствора для подкисления: нитратная кислота (плотность 1,42) – 20%, фтористоводородная кислота – 5%, остальное – вода. Вышеуказанные значения — это процентное содержание по объему. 4.2 Состав раствора для подкисления: хлористоводородная кислота (плотность 1,19) – 20 мл, вода – 100 мл, нитратная кислота (плотность 1,42) – 30 мл, бура – 150 г. 4.3 Состав раствора для затупления: нитрат (плотность 1,42) – 5%, калий перхлорат – 4 г, остальное – вода. Вышеуказанные проценты отдыха при температуре пассивации, равной комнатной температуре. 4.4 Состав пасты для затупления: нитрат (концентрация 67%) – 30 мл, калий перхлорат – 4 г; добавляется бура известняковая (зернистость 100–200 меш), после чего все смешивается до получения консистенции пасты. V. Процедура подкисления и пассивации 5.1 Подкисление и пассивация могут быть применены только к контейнерам или деталям, которые уже прошли предварительную обработку. 5.2 Раствор для кислотной обработки используется в основном для комплексной обработки небольших необработанных деталей; его можно наносить с помощью распылителя. При температуре раствора 21–60°C проверяйте его примерно каждые 10 минут до тех пор, пока не будет достигнута однородная белая поверхность с эффектом ацидного обработки. 5.3 Средство для кислотной обработки применяется в основном для обработки крупных резервуаров или для локальной обработки поверхностей. При комнатной температуре равномерно нанесите крем для чистки на поверхность оборудования слоем толщиной примерно 2–3 мм. Через час аккуратно счистите его чистой водой или щеткой из нержавеющей стали, пока на поверхности не появится однородная белая поверхность после процедуры чистки. 5.4 Раствор для пассивации применяется в основном для обработки небольших контейнеров или отдельных деталей целиком. Можно использовать метод занурения или распыления. Когда температура раствора составляет 48–60°C, проверку необходимо проводить каждые 20 минут; когда температура находится в диапазоне 21–47°C – каждый час. Проверки продолжаются до тех пор, пока на поверхности не сформируется однородный слой пассивирующего вещества. 5.5 Паста для пассивации применяется в основном для обработки крупных контейнеров или отдельных участков их поверхности. При комнатной температуре пасту равномерно наносят на поверхность контейнера, предварительно подвергнутого обработке кислотой (толщиной около 2–3 мм). Через 1 час проверяют поверхность на наличие равномерного слоя пассивирующего вещества. 5.6 После кислотной обработки и пассивации контейнеров или деталей необходимо тщательно промыть их поверхности чистой водой. Затем следует проверить любую часть обработанной поверхности с помощью кислотного тест-полоска: значение pH должно находиться в диапазоне от 6,5 до 7,5. После этого поверхность нужно высушить либо с помощью компрессионного воздуха. 5.7 При транспортировке, подъеме и хранении контейнеров и комплектующих после обработки кислотой для создания защитного слоя запрещается причинять удары или царапины, которые могли бы повредить этот защитный слой. VI. Меры предосторожности 6.1 При приготовлении раствора воду следует добавлять в кислотостойкий контейнер в соответствии с установленными пропорциями, а затем постепенно добавлять кислоту, чтобы избежать брызг, которые могут нанести травмы. 6.2 Процедура обработки кислотой и пассивации: при первом применении необходимо сначала провести тест на небольших участках поверхности или на подобных материалах. 6.3 В процессе кислотной обработки операторы должны действовать очень осторожно, постоянно наблюдать за ситуацией, чтобы предотвратить чрезмерную коррозию поверхности контейнера. Для деталей из углеродистой стали необходимо принимать эффективные меры для предотвращения их коррозии. 6.4 После химической обработки на поверхности нержавеющей стали не должно быть заметных следов коррозии, а также пятен с неравномерным цветом. На местах сварки и на поверхностях, подвергнутых термической обработке, не должен быть окислительного оттенка. 6.5 Во время работы оператор обязан носить кислотостойкую одежду, перчатки, маску и защитные очки. При химической очистке в контейнере необходимо использовать противогаз, прошедший проверку, и выполнять работу под наблюдением квалифицированного специалиста. 6.6 Детали из аустенитной нержавеющей стали, требующие защиты от коррозии, после термообработки в соответствии с требованиями чертежа подвергаются обработке кислотой и пассивации. 6.7 Указанные формулы для процедур подкисления и пассивации, а также параметры, связанные с концентрацией, объемными соотношениями, температурой жидкости и временем проведения процедуры, могут быть незначительно скорректированы в зависимости от конкретных условий. Раствор для кислотной обработки и пассивации можно использовать повторно, но необходимо соблюдать соответствующее соотношение концентрации и объема. VII. Методы контроля Качество после процедур кислотной обработки и пассивации можно оценить с учетом следующих трех аспектов: 1. Визуальный осмотр Поверхность, подвергнутая кислотной обработке и пассивации, должна иметь однородный серебристо-белый цвет. Не допускается наличие заметных следов коррозии; на поверхности сварных швов и зон, подвергшихся тепловому воздействию, не должно быть окислительного оттенка, а также не допускаются пятна с неравномерным цветом. 2. Проверка остатков жидкости: с помощью фенолфталеиновых листочков определяется степень смывания остатков жидкости с поверхности; при нейтральном значении pH считается, что проверка пройдена успешно. 3. Тест с синими точками (проверка плотности пассивирующего слоя). Для оценки качества процедуры пассивации с помощью кислотной обработки можно также использовать тест с синими точками: для его проведения берут 1 грамм калийного ферроцианида K3, добавляют 3 миллилитра нитрата HNO3 концентрацией 65–85% и 100 миллилитров воды; раствор следует готовить непосредственно перед использованием. Затем раствор смачивают фильтровальной бумагой и накладывают на поверхность, которую необходимо протестировать, или же раствор наносят или капают на эту поверхность. Через 30 секунд проверяется наличие синих точек на поверхности: их наличие означает, что образец не соответствует стандартам. Следует учитывать, что этот тест необходимо проводить после того, как поверхность, обработанная кислотой и пассивированная, полностью высохнет. После теста раствор, использованный в процессе тестирования, также необходимо тщательно смыть. Основной принцип метода тестирования с использованием синих точек заключается в следующем: если покрытие на поверхности недостаточно качественное или на ней присутствуют ионы железа, то будут существовать свободные ионы железа. В таком случае происходит следующая реакция: Fe2+ + K3 = KFe↓ (темно-синий цвет) + 2K+. Метод тестирования с использованием синих точек обычно применяется при производстве химических контейнеров из нержавеющей стали. Это очень строгий метод проверки; чтобы он был успешным, необходимо строго соблюдать все технологические требования. 4. Проверка частиц углеродистой стали на пассивированной поверхности: растворяют 8 граммов CuSO4 в 500 миллилитрах дистиллированной воды, добавляют 2–3 миллилитра H2SO4, затем капают полученный раствор на пассивированную поверхность и поддерживают её во влажном состоянии. Если в течение 6 минут не происходит выпадения меди, результат считается приемлемым. Нержавеющие резервуары подвергаются процедуре чистки и пассивации с использованием специального состава. Благодаря этой процедуре образуется плотная и целостная оксидная пленка. В составе данного состава отсутствуют сульфиды и оксиды; концентрация хлорид-ионов тщательно контролируется. Специальный состав для чистки и пассивации нержавеющих резервуаров не влияет негативно на прочность сварных соединений и их стойкость к коррозии, что способствует повышению устойчивости нержавеющих резервуаров к коррозии. Его также можно применять к ряду резервуаров из нержавеющей стали, таких как фильтрующие резервуары из нержавеющей стали, резервуары с миксером из нержавеющей стали, водонагреватели из нержавеющей стали и т. д. Рекомендации: 1. Для хранения нержавеющей стали необходимо отведено специальное место; его обязательно следует выстелить досками или резиновым покрытием. Совместное хранение с углеродистой сталью строго запрещено ； 2. Все виды оборудования для обработки, такое как пресс-формы и ножницы для резки металла, необходимо очищать. На валы и угловые элементы следует наносить лак, чтобы предотвратить прямой контакт нержавеющей стали с углеродистой сталью ； 3. Приспособления и фиксаторы изготавливаются из нержавеющей стали или с нержавеющими вставками ； 4. Для чистки кислотой следует использовать щетку из нержавеющей стали.