不锈钢的酸洗钝化.pdf
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1、不锈钢的酸洗钝化不锈钢的酸洗钝化 1不锈钢酸洗钝化的必要性: 奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性能,抗高温氧化性能,较好的低温性能及优良的机 械与加上 r 生能。因此广泛用于化工、石油、动力、核工程、航天航空、海洋、医 药、轻工、纺织等部门。其主要目的在于防腐防锈。不锈钢的耐腐蚀主要依靠表面 钝化膜,如果膜不完整或有缺陷,不锈钢仍会被腐蚀。工程上通常进行酸洗钝化处 理,使不锈钢的耐蚀潜力发挥得更大。在不锈钢设备与部件在成形、组装、焊接、 焊缝检查 (如探伤、耐压试验)及施工标记等过程中带来表面油污、铁锈、非金属 脏物、低熔点金属污染物、油漆、焊渣与飞溅物等,这些物质影响了不锈钢设备与 部件表面质量,
2、破坏了其表面的氧化膜,降低了钢的抗全面腐蚀性能和抗局部腐蚀 性能(包括点蚀、缝隙腐蚀),甚至会导致应力腐蚀破裂。 不锈钢表面清洗、酸洗与钝化,除最大限度提高耐蚀性外,还有防止产品污染与获 得美观的作用。在 GBl50 一 1998钢制压力容器规定,“有防腐要求的不锈钢 及复合钢板制造的容器的表面应进行酸洗钝化”。 这一规定是针对石油化工中使用的 压力容器而言的,因为这些设备用于直接与腐蚀介质相接触的场合,从保证耐蚀耐 蚀性出发,提出酸洗钝化是必要的。对其他工业部门,如并非出于防腐目的,仅基 于清洁与美观要求, 而采用不锈钢材判的则无需酸洗钝化。 但对不锈钢设备的焊缝 还需要进行酸洗钝化。对核工
3、程、某些化工装置及其它使用要求严格的,除酸洗钝 化外,还要采用高纯度介质进行最终精细清洗或进行机械、化学与电解抛光等精整 处理。 2不锈钢酸洗钝化原理 不锈钢的抗腐蚀陛能主要是由于表面覆盖着一层极薄的(约 1nm)致密的钝化膜,这 层膜 1n 腐蚀介质隔离,是不锈钢防护的基本屏障。不锈钢钝化具有动态特征,不 应看作腐蚀完全停止,而是形成扩散的阻挡层,使阳极反应速度大大降低。通常在 有还原剂(如氯离子)情况下倾向于破坏膜, 而在氧化剂(如空气)存在时能保持或修 复膜。 不锈钢工件放置于空气中会形成氧化膜,但这种膜的保护性不够完善。通常先要进 行彻底清洗,包括碱洗与酸洗,再用氧化剂钝化,才能保证钝
4、化膜的完整性与稳定 性。酸洗的目的之一是为钝化处理创造有利条件,保证形成优质的钝化膜。因为通 过酸洗使不锈钢表面平均有 10m 厚一层表面被腐蚀掉,酸液的化学活性使得缺陷 部位的溶解率比表面上其它部位高,因此酸洗可使整个表面趋于均匀平衡,一些原 来容易造成腐蚀的隐患被清除掉了。但更重要的是,通过酸洗钝化,使铁与铁的氧 化物比铬与铬的氧化物优先溶解,去掉了贫铬层,造成铬在不锈钢表面富集,这种 富铬钝化膜的电位可达+1 0V(SCE), 接近贵金属的电位, 提高了抗腐蚀的稳定性。 不同的钝化处理也会影响膜的成分与结构,从而影响不锈性,如通过电化学改性处 理,可使钝化膜具有多层结构,在阻挡层形成 C
5、rO3 或 Cr2O3,或形成玻璃态的氧 化膜,使不锈钢能发挥最大的耐蚀性。 国内外学者对不锈钢钝化膜的生成进行了大量研究。以近几年北京科大对316L 钢 钝化膜光电子能谱 (xps)研究为例作简述1。不锈钢钝化是表面层由于某种原因 溶解与水分子的吸附,在氧化剂的催化作用下,形成氧化物与氢氧化物,并与组成 不锈钢的 cr、 Ni、Mo 元素发生转换反应,最终形成稳定的成相膜,阻止了膜的破 坏与腐蚀的发生。其反应历程为: FeH20+O*FeOHO*ad+H+e FeOHO*adFeOO*ad+H+e FeOO*ad+H2OFeOOH+O*十 H+e FeOO*adFeO+O* FeOOH+Cr
6、+H2OCrOOH+FeH20 2FeOOHFe203+H20 2CrOOHCr203+H20 MO+3FeO+3H2OMOO3+3FeH2O Ni+FeO+2H20NiO+FeH20 (其中 Os 表示钝化过程中的催化剂,且在钝化迪陧中浓度不变,ad 表示吸附中间 体。)page 可见,316L 钝化膜最表层存在 Fe2O3、Fe(OH)3、或 -FeOOH、Cr203、CrOOH 或 Cr(OH)3、MO 以 MOO 形式存在,钝化膜主要成分为 CrO3、FeO 与 NiO。 3不锈钢酸洗钝化的方法与工艺 31 酸洗钝化处理方法比较 不锈钢设备与零部件酸洗钝化处理根据操作不同育多种方法,其
7、适用范围与特点见 表 1。 表 1 不锈钢酸洗钝化方法比较 方法 适用范围 优缺点 浸渍法 用于可放入酸洗槽或钝化槽的零部件, 但不适于大设备酸洗液可较长时间使 用,生产效率较高、成本低;大容积设备充满酸液浸渍耗液太大 涂刷法 适用于大型设备内处表面及局部处理物工操作、劳动条件差、酸液无法回收 膏剂法 用于安装或检修现场,尤其用于焊接部处理手工操作、劳动条件差、生产成 本高 喷淋法 用于安装现场,大型容器内壁用液量低、费用少、速度快,但需配置喷枪及 扦环系统 循环法 用于大型设备,如换热器、管壳处理施工方便,酸液可回用,俚需配管与泵 连接循环系统 电化学法 既可用于零部件,又可用电刷法对现场设
8、备表面处理技术较复杂,需直流 电源或恒电位仪 32 酸洗钝化处理配方举例 321 一般处理2 根据 ASTMA3801999,仅以 300 系列不锈钢为例, (1)酸洗 药剂 HNO3625+HF058(体积分数); 温度 2160;时间按需要; 或药剂柠檬酸铵510(质量分数); 温度 4971;时间 1060min。 (2)钝化 药剂 HNO32050(体积分数); 温度 4971;时间 1030min; 或温度 2l38;时间 3060min; 或药剂 HNO32050+Na2Cr207H2022 6(质量分数); 温度 4954; 时间 1530min; 或温度 2138;时间 306
9、0min。 (3)除鳞酸洗 药剂 H2SO4811(体积分数); 温度 6682;6 寸间 545min; 及药剂 HNO3625+HF 058(体积分数); 温度 2160; 或 HNO31525+HF l8(体积分数)。 322 膏剂法处理 (1)以广州石化尿素不锈钢新设备内表面焊缝及母材钝化和维修表面打磨焊缝的局 部钝化为例3 酸洗膏: 25HNO+4HF+7l冷凝 水(体积分数)与 BaSO,调至糊状。 钝化膏: 30HNO3 或 25HNO3+1(质量分数)K2Cr207 与 BaSO7 调至糊状。 涂覆表面 530min,用冷凝水冲洗至 pH=7,对单台设备也可采用喷洒双氧水的化
10、学钝化法。 (2)以上海大明铁工厂专利 m 为例。 酸洗钝化膏: HN03814(作钝化剂); HFl015(作腐蚀剂); 硬月 S 酸镁 2227(作增稠剂) 硝酸镁 6070(作填料,提高粘附力与渗透性);page 多聚磷酸钠 2328(作缓蚀剂); 水(调节粘度)。 323 电化学法处理 以厦门大学专利5为例,其处理方法是:将待处理的不锈钢工件作阳极,控制恒 电位进行阳极化处理,或者将不锈钢工件先作阴极,控制恒电位进行阴极化处理, 再将不锈钢工件作阳极,控制恒电位进行阳极化处理,并继续改变其恒电位进行钝 化处理,电解质溶液均采用 HN03。经这样处理后,不锈钢钝化膜性质得到改善, 耐蚀性
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