Passivering uitgelegd:verbetering van de corrosieweerstand in roestvrij staal en metaallegeringen

Sommige techniekvriendelijke metalen, zoals roestvrij staal en titanium, vormen een natuurlijke oxidelaag die fungeert als een beschermende barrière tegen ongemakken zoals verontreinigingen en vrij ijzer. Deze oxidefilm vormt een dun maar effectief schild dat helpt het basismetaal te isoleren van de omgeving. Maar wat als u die natuurlijke oxidecoating zou kunnen herstellen en stabiliseren zonder de geometrie van het metalen onderdeel aanzienlijk te veranderen?

Dat is precies wat het passivatieproces doet, waardoor de corrosieweerstand van metalen zoals roestvrij staal wordt verbeterd.

Dit artikel bespreekt de basisprincipes van passivatie en bekijkt hoe het werkt, de belangrijkste voordelen ervan en de belangrijkste subtypen. In dit artikel maken we gebruik van de jarenlange ervaring van 3ERP met het toepassen van oppervlakteafwerkingsbehandelingen op metalen onderdelen, waarbij we passivering en vergelijkbare behandelingen zoals anodiseren bespreken.

Passivering is een oppervlaktebehandeling die wordt gebruikt om de corrosieweerstand van roestvrij staal en andere metalen onderdelen te verbeteren.

De ASTM A967-norm definieert passivering als “de chemische behandeling van roestvrij staal met een mild oxidatiemiddel, zoals een salpeterzuuroplossing, met als doel vrij ijzer of andere vreemde stoffen te verwijderen, maar die over het algemeen niet effectief is bij het verwijderen van hittetint of oxideaanslag op roestvrij staal.”

Bij algemeen gebruik kan de betekenis van passivatie echter naast roestvrij staal ook andere metalen omvatten.

Hoe passivering werkt

Passivering is de chemische behandeling van een materiaal om het corrosiebestendiger te maken. Tijdens het passiveren wordt de stabiliteit van de beschermende oxidefilm van het materiaal verbeterd door oxidatie door de omringende lucht.

Tijdens het passiveren wordt een stof als salpeterzuur of citroenzuur gebruikt om oppervlakteverontreinigingen zoals vrij ijzer van een metaal te verwijderen en om de buitenste beschermlaag van het materiaal te stabiliseren. Zodra het zuur is weggespoeld, reageert het oppervlak van het ontsmette metaal met zuurstof en vormt een chroomoxidelaag. Deze laag is 'passief', wat betekent dat hij minder chemisch reactief is en minder snel corrodeert, waardoor het materiaal uitstekende corrosiebestendige eigenschappen heeft.

Het verschil is atomair. Omdat het passiverende zuur meer ijzer oplost dan chroom, raken de bovenste paar atomaire lagen verrijkt met chroom, waardoor de chroom-ijzerverhouding toeneemt. De beschermlaag is doorgaans enkele nanometers dik.

Andere oppervlaktebehandelingen die op passivering lijken, zijn onder meer anodisatie, waarbij gebruik wordt gemaakt van een elektrolytisch bad in plaats van chemicaliën, en chromaatconversiecoating, een verwante behandeling voor corrosiebescherming.

Waarom passief maken? Belangrijkste voordelen voor fabrikanten

Waarom roestvrij staal en andere metalen passiveren? Verrassend genoeg gaan de voordelen van passivatie verder dan corrosiebestendigheid, waardoor onderdelen vlekkeloos schoon blijven en hun levensduur wordt verlengd. Enkele van de belangrijkste voordelen van passivatie zijn:

Corrosiebestendigheid :  De belangrijkste reden voor het proces. Door het creëren van een sterke passieve laag voorkomt passivatie roest en oxidatie, zelfs onder zware omstandigheden.

Verbeterde netheid :  Essentieel voor veiligheidskritische industrieën. De verwijdering van verontreinigingen zoals vrij ijzer maakt onderdelen veiliger voor gebruik in gevoelige industrieën zoals de voeding en de gezondheidszorg.

Langere levensduur van onderdelen :  Bescherming tegen oxidatie zorgt ervoor dat onderdelen minder snel verslechteren of breken, waardoor de investering van de klant wordt beschermd.

Strenge tolerantie :  De ultradunne passivatiefilm wordt gecreëerd door het basismateriaal; het voegt geen significante extra diktelaag toe zoals bij een verflaag.

Uiterlijk :  Het vlekkeloze uiterlijk van een nieuw gepassiveerd oppervlak wekt de indruk van hoge materiaalkwaliteit, hoewel het uiterlijk van het metaal op andere manieren niet verandert.

Passivatiechemicaliën :Citroenzuur versus salpeterzuur

Passivering omvat in grote lijnen het gebruik van twee verschillende passivatiemiddelen:citroenzuur en salpeterzuur. Historisch gezien is salpeterzuur de meest populaire keuze geweest, maar voorstanders van passivatie van citroenzuur (wanneer aan specifieke voorwaarden wordt voldaan) zijn onder meer organisaties als de NASA.

Beide chemicaliën kunnen last hebben van een probleem dat bekend staat als “flash Attack” bij het passiveren van roestvast staal. Dit is een probleem waarbij het zuurbad het oppervlak van het metaal agressief etst.

Passivering van salpeterzuur

Salpeterzuur is de traditionele industriële standaard voor passivering. Het gebruik ervan als passivatiemiddel dateert uit de 18e eeuw, toen de Russische polyhistor Michail Lomonosov ontdekte dat ijzer er niet mee reageert.

Omdat dit de meer gevestigde methode is, kan deze als betrouwbaarder worden beschouwd. Het is zeer effectief, maar vereist strikte veiligheids- en milieucontroles, vooral bij gebruik van geconcentreerd salpeterzuur. Het gebruik van natriumdichromaat kan de kans op een flitsaanval verminderen, hoewel dit grote problemen met de afvalverwerking met zich meebrengt.

De belangrijkste voordelen van salpeterzuurpassivering zijn onder meer:

• Vastgesteld proces
• Sterker oxidatiemiddel dan citroenzuur
• Aantal varianten

De ASTM A967-standaard regelt het passivatieproces en schetst verschillende salpeterzuurmethoden, weergegeven in de onderstaande tabel.

Methode Salpeterzuur (vol %) Natriumdichromaat Min. tijd Temperatuurbereik Stikstof 120–25%2,5 ± 0,5 wt%20 min120–130°F (49–54°C)Stikstof 220–45%Geen30 min70–90°F (21–32°C)Stikstof 320–25%Geen20 min120–140°F (49–60°C)Stikstof 445–55%Geen30 min120–130°F (49–54°C)Stikstof 5Niet vastOptioneel
(incl. versnellers/
remmers)Niet vastNiet vast

Citroenzuurpassivering

Het moderne, milieuvriendelijke alternatief voor salpeterzuur is citroenzuur, zoals de stof die voorkomt in citrusvruchten zoals sinaasappels. Deze chemische stof wordt doorgaans geproduceerd door fermentatie en is veiliger in gebruik, stoot geen giftige dampen uit en krijgt steeds meer de voorkeur in de medische en voedingsindustrie.

In voorgaande jaren was citroenzuur minder populair vanwege de angst voor mogelijke schimmelgroei. Wanneer echter aan de ASTM A967-norm wordt voldaan (opties weergegeven in onderstaande tabel), is passivering met citroenzuur voor de meeste industrieën een goede optie.

De belangrijkste voordelen van passivatie van citroenzuur zijn onder meer :

• Veiliger in gebruik
• Milieuvriendelijker
• Geschikt voor een breder scala aan roestvrij staal

De ASTM A967-norm regelt ook de verschillende citroenzuurpassiveringsmethoden, weergegeven in de onderstaande tabel.

Methode Citroenzuur (gew.%) Min. tijd Temperatuurbereik Opmerkingen Citroenzuur 14–10%4 min140–160°F (60–71°C)Standaard warme citroenbehandeling Citroenzuur 24–10%10 min120–140°F (49–60°C)Kortere tijd optie Citroenzuur 34–10%20 min70–120°F (21–49°C)Langere tijd optieCitroen 4Niet vastNiet vastNiet vastAlternatieve tijd/temp/
concentratiecombinaties toegestaanCitroen 5Niet vastNiet vastNiet vastHetzelfde als Citroen 4, maar het dompelbad moet een gecontroleerde pH van 1,8–2,2 hebben

De stapsgewijze passivatieprocedure

Het passivatieproces omvat vijf hoofdstappen:reinigen, spoelen, passiveren in een zuurbad, (opnieuw) spoelen en drogen. Het proces wordt uitgevoerd in een passivatietank, die individuele stations kan hebben voor reinigen, spoelen en passiveren, of alleen voor passiveren.

De passivatieprocedure verschilt niet veel tussen salpeter- en citroenzuurtoepassingen, hoewel passivatie van citroenzuur sneller kan zijn.

Reinigen :  Een schoon oppervlak geeft het beste passiveringsresultaat, daarom moet het metalen oppervlak grondig worden gereinigd en ontvet. Sommige passivatielijnen hebben een speciale reinigingstank, die gebruik maakt van een alkalische reinigingsoplossing.

Spoelen :  De reinigingsoplossing en eventueel los vuil worden van het onderdeel gespoeld. Industriële passivatieapparatuur maakt doorgaans gebruik van gedeïoniseerd water in een aparte spoeltank.

Passivering :  De gereinigde, gespoelde delen worden gedurende een bepaalde tijd en op een gecontroleerde temperatuur in de salpeterzuur- of citroenzuuroplossing in de passivatietank ondergedompeld. Soms wordt geen zuur passiveringsbad gebruikt en wordt het zuur via spray of andere middelen aangebracht; dit komt zelden voor, maar kan nuttig zijn voor grote of moeilijk te manipuleren onderdelen.

Spoelen :  Er wordt nog een spoelstap uitgevoerd om eventuele zuren of neutralisatiemiddelen zoals natriumbicarbonaat te verwijderen. Ook hier wordt doorgaans gedeïoniseerd water gebruikt.

Drogen :  In de meeste industriële passivatielijnen verwijdert een speciaal droogstation sporen van water van de onderdelen.

De exacte aard van elke stap hangt af van de gebruikte passivatieapparatuur. Sommige reinigings- en passivatietanks gebruiken ultrasone golven om het proces te versnellen.

Industrienormen

Passiveringsprocessen worden beheerst door twee belangrijke passivatiestandaarden:ASTM A967 (waarnaar we in dit artikel verwijzen) en AMS 2700. De belangrijkste verschillen tussen de twee standaarden zijn de gebruikersbasis, waarbij AMS 2700 van SAE International het meest toepasbaar is in de lucht- en ruimtevaartindustrie en ASTM A967 breder is.

Net als bij de ASTM-tabellen uit voorgaande paragrafen, specificeert de AMS 2700-standaard ook verschillende soorten passivatie met variërende zuurbadconcentraties en andere variabelen. Voorlopers van AMS 2700 in de lucht- en ruimtevaartindustrie waren onder meer de QQ-P-35- en AMS-QQ-P-35-passiveringsspecificaties.

Andere industrienormen zijn ASTM A380 (standaardpraktijk voor het reinigen, ontkalken, beitsen en passivatie van roestvrijstalen onderdelen, apparatuur en systemen), een bredere norm voor industriële apparatuur, en ISO 16048 (passivering van corrosiebestendige roestvrijstalen bevestigingsmiddelen), die met name betrekking heeft op bevestigingsmiddelen.

Passiveringsmaterialen die verder gaan dan roestvrij staal

Passivering wordt vooral geassocieerd met roestvrij staal. Hoewel roestvrij staal van nature een beschermende oxidelaag vormt, kan die laag via passivatie worden aangevuld of versterkt, waardoor een verdere corrosieweerstand ontstaat.

Andere metalen kunnen echter ook gepassiveerd worden, soms met soortgelijke immersietechnieken, soms via andere methoden.

Aluminium

Corrosiebescherming van aluminium vereist doorgaans een van de twee afwerkingsbehandelingen van het metaaloppervlak:chromaatconversiecoating, die lijkt op de eerder beschreven passivatietechniek van roestvrij staal, en anodisatie, een elektrolytisch badproces. Door chromaatconversie ontstaat een dunne coating (zo dun als 250 nm), terwijl bij anodiseren een dikkere laag ontstaat.

Deze technieken zijn meestal vereist bij aluminiumlegeringen die van nature een zeer dunne oxidelaag produceren die niet bijzonder beschermend is. Sommige legeringen vormen echter van nature een dikkere en beter beschermende laag.

Titanium

Titanium vormt van nature een laag titaniumoxide wanneer het wordt blootgesteld aan lucht, waardoor het zeer corrosiebestendig is. Titaniumpassivering kan echter nodig zijn als er een extra dikke beschermlaag nodig is, of als het oppervlak van het titanium vervuild is met ijzerdeeltjes.

Passivering van titanium onderdelen kan worden bereikt door onderdompeling in een chemisch passivatiebad of door anodiseren, zoals bij aluminium.

Andere ferrometalen

Opties voor het creëren van een passivatielaag op niet-roestvrij staal zijn onder meer parkeriseren (fosfaatconversie), waarbij fosforzuur wordt gebruikt om een kristallijne fosfaatconversielaag op het staaloppervlak te vormen, of blauwen, een chemische conversiemethode die een zwart oxide-oppervlak vormt.

Industriële toepassingen

Passivering wordt veel gebruikt voor toepassingen waarbij corrosiebestendigheid essentieel is of waar verontreiniging moet worden vermeden. Deze omvatten:

Lucht- en ruimtevaart :  Passivering is wijdverbreid in de lucht- en ruimtevaartindustrie, omdat onderdelen die onderhevig zijn aan extreme weersomstandigheden zeer corrosiebestendig moeten zijn. Fabrikanten volgen doorgaans de AMS 2700-standaard bij hetpassiveren van lucht- en ruimtevaartonderdelen zoals landingsgestellen en componenten van het brandstofsysteem. De componenten worden vaak getest met behulp van methoden zoals zoutsproeitesten om de corrosieweerstand op lange termijn onder extreme omgevingsomstandigheden te verifiëren.

Medisch : De medische en farmaceutische industrie maakt regelmatig gebruik van passivering van roestvrij staal en andere metalen om ervoor te zorgen dat ze voldoen aan strenge normen op het gebied van reinheid en veiligheid. Passivering verbetert de corrosieweerstand van onderdelen zoals chirurgische instrumenten en ziekenhuisapparatuur, waardoor steriliteit wordt gegarandeerd en besmetting wordt voorkomen.

Eten en drinken :  De voedingsindustrie moet, net als de gezondheidszorg, componenten gebruiken die corrosiebestendig zijn en vrij zijn van oppervlakteverontreinigingen. Onderdelen van verwerkingsapparatuur en voedselcontainers zijn enkele van de onderdelen die baat kunnen hebben bij passivatietechnieken.

Chemisch :  Voor de verwerking van chemicaliën zijn metalen componenten nodig die zeer goed bestand zijn tegen corrosie door agressieve stoffen. Het versterken van de oxidelaag op het oppervlak van onderdelen zoals leidingen en kleppen verlengt hun levensduur en verhoogt hun effectiviteit. Passiveringsdiensten voor olie en gas zijn ontworpen om aan vergelijkbare behoeften te voldoen.

Passivatiediensten door 3ERP

Passivering is een effectieve en handige oppervlaktebehandeling die de levensduur van roestvrijstalen onderdelen aanzienlijk kan verlengen via verbeterde corrosieweerstand.

Met meer dan 15 jaar ervaring in het afwerken van metalen onderdelen geproduceerd door CNC-bewerking, gieten, plaatbewerking en andere technieken, is 3ERP uw ideale projectpartner voor gepassiveerde roestvrijstalen prototypes en eindgebruiksonderdelen. We kunnen zelfs technisch advies en ontwerp voor productie (DFM)-ondersteuning bieden om ervoor te zorgen dat uw onderdelen worden gebouwd op een manier die hoogwaardige productie en afwerking mogelijk maakt. Met onze uitgebreide expertise in verschillende industrieën bieden we ook een uitgebreide gids voor oppervlakteafwerking die een breed scala aan andere behandelingsopties voor zowel metalen als kunststof onderdelen omvat.

Vraag vandaag nog een offerte aan voor uw volgende batch roestvrijstalen onderdelen.

Veelgestelde vragen

Is passivering nodig voor roestvrijstalen onderdelen?

Van roestvrij staal kan worden gezegd dat het autopassiverend is. Het vormt op natuurlijke wijze een beschermende oxidelaag bij blootstelling aan lucht. Het passivatieproces kan echter verontreinigingen verwijderen en de effectiviteit van deze beschermlaag verbeteren, waardoor onderdelen langer meegaan.

Wat is het belangrijkste voordeel van passivatie ten opzichte van andere oppervlaktebehandelingen?

In tegenstelling tot coatings of beplating is passivatie een niet-additief proces dat oppervlakteverontreinigingen (zoals vrij ijzer) verwijdert om de natuurlijke beschermende oxidelaag van een materiaal te herstellen. Het belangrijkste voordeel is het bieden van superieure corrosieweerstand zonder de afmetingen van de onderdelen te veranderen.

P assivatie vs. een knikken :wat is het beste voor aluminium en titanium?

Hoewel beide processen de corrosieweerstand verbeteren, dienen ze verschillende doeleinden op basis van het basismetaal:

Aluminium: Anodiseren is de industriestandaard. Het is een elektrochemisch proces waarbij een dikke, duurzame en poreuze oxidelaag ontstaat die in het substraat is geïntegreerd.

“Passivering” wordt zelden toegepast op aluminium; in plaats daarvan wordt chemische conversiecoating (chromateren) gebruikt voor vergelijkbare beschermende doeleinden.

Titanium:  Beide zijn levensvatbaar. Anodiseren (type 2 of 3) wordt gebruikt voor slijtvastheid en kleurcodering, terwijl passivatie voornamelijk wordt gebruikt om oppervlakteverontreinigingen te verwijderen en biocompatibiliteit voor medische implantaten te garanderen.

Belangrijkste verschil: Anodiseren is een elektrolytische conversie die dikte toevoegt, terwijl passivatie een chemisch reinigingsproces is dat de natuurlijke oxidefilm van het metaal herstelt zonder een laag toe te voegen.

Wat is de belangrijkste passivatie versus p ikkelen  verschil?

Bij beitsen en passiveren wordt beide gebruik gemaakt van een chemisch bad om het oppervlak van een metalen onderdeel te veranderen. Het belangrijkste verschil is dat beitsen agressiever is en hittetinten en oxideaanslag kan verwijderen, evenals lagen van het metaal zelf.