不銹鋼在生產制造過程中,尤其在熱加工生產過程中,如鑄造、銀造、熱軋、熱處理、焊接等,在無保護條件下加熱和保溫,會在工件表面生成不同程度的氧化物,嚴重的是氧化皮,輕微的有氯化膜。這些氧化物中依鋼種不同,含有鐵、鉻、鎳、鉬、碳等元素。常見的有FeO、Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、NiO、SiO,等,這些氧化物不僅對工件外觀產生影響,還會影響后岸加工,降低耐腐蝕性能,表面氧化層與基體的密度和熱膨脹系數不同,還會使工件表面存在應力等。所以,不銹鋼表面的氧化物應予以去除。依據不同的情況,可采用機械法、噴沙、酸洗等方法去除不銹鋼表面的氧化物。下面主要介紹不銹鋼酸洗。
1. 酸洗的基本原理
目前,常見的酸洗用酸有硫酸(H2SO4)、鹽酸(HCI)、硝酸(HNO3)、氫氟酸(HF)等。根據不同的情況,有多種配方。除加入某些酸外,還有的應加入緩蝕劑等。以鹽酸為例說明酸洗的原理。
FeO+2HCl=FeCl2+H2O
Fe3O4+8HCl=2FeCl3+FeCl2+4H2O
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
Fe+2HCl=FeCl2+H2↑
前三個化學反應的結果是使鐵的氧化物與酸作用,生成可溶于水的鹽類(FeCl3和FeCl2),而最后一個反應的結果是酸與基體作用產生氫氣(H2),氫氣生成在鋼的基體與氧化物之間,可促使氧化物與鋼的基體分離而剝落。
硝酸除有去除氧化物的作用外,還會起到生成鈍化膜的作用。
氫氟酸只適用于奧氏體不銹鋼的酸洗,不適用于馬氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的酸洗。
2. 不銹鋼酸洗的常見酸洗液配方
不銹鋼的酸洗,應依據不銹鋼種類的不同及氧化物的形態,采用不同的酸洗液。下面介紹幾種常見的不銹鋼酸洗液成分配方。
①. 鹽酸-硝酸-氫氟酸溶液(低濃度型)
鹽酸(HCI,比重1.19):50mL/L
硝酸(HNO3,濃度65%):95mL/L
氫氟酸(HF,濃度40%):22mL/L
六次甲基四胺[(CH2)6N4]:2g/L
水(H2O)余量
使用溫度:<40℃
酸洗時間:3~10min
加入六次甲基四胺可起到緩蝕的作用。
適用于經過熱壓、焊接加工,有較厚氧化層的不銹鋼件的酸洗。但不適用于馬氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼。
②. 鹽酸-硝酸-氫氟酸溶液(高濃度型)
鹽酸(HCI,比重1.19):100mL
硝酸(HNO3濃度65%):100mL
氫氟酸(HF濃度40%):50~60mL
水(H2O):50mL
使用溫度:15~40℃
酸洗時間:0.3~0.5min
這個溶液酸的比例較高,無緩蝕劑,所以作用比較強烈,適用于鑄造不銹鋼的酸洗。因為不銹鋼鑄件表面的氧化物中含有氧化硅、氧化鉻、氧化鎳等,在強酸溶液的作用下可以很好地起到清理的作用。
③. 鹽酸-硫酸溶液
鹽酸(HCI,比重1.19):300mL/L
硫酸(H2SO4,比重1.84):210mL/L
乙醇(C2H5OH):120mL/L
六次甲基四胺[(CH2)6N4]:2~3g/L
雙氧水(30%H2O2):260mL/L
水(H2O):余量
使用溫度:15~30℃
酸洗時間:3~5min
適用于不銹鋼表面存在一層薄而致密的氧化物膜的酸洗。落液中含有硫酸和鹽酸,所以比單一酸的酸洗效果好。加入六次甲基四胺可起到緩蝕的作用,加人雙氧水有利于氧化膜的溶解和去除。乙醇的作用是穩定雙氧水,使其充分發揮作用。
④. 對于含鉻量較低的Cr13型馬氏體不銹鋼,氧化物中主要含有鉻的氧化物,這種氧化物是酸性的,而且比奧氏體不銹鋼產生的氧化層更厚,所以,有的采用硫酸-鹽酸預酸洗,再用稀硝酸清洗的雙重工序。
a. 預酸洗
硫酸(H2SO4,比重1.84):27mL/L
鹽酸(HCl、比重1.19):310mL/L
六次甲基四胺[(CH2)6N4]:3~5g/L
水(H2O):余量
使用溫度:室溫
酸洗時間:15~30min
此溶液中含有緩蝕劑,且鹽酸的比例較大,對氧化物的去除作用較強,可有效地疏松鋼表面的氧化物。
b. 漂白酸洗
硝酸(HNO3,比重1.55):60mL/L
水(H2O):余量
使用溫度:室溫~50℃
通過漂白酸洗,可以使反應物較容易地從工件表面除去。硝酸是一種很強的氧化性酸,在反應過程中放出的氧原子使不銹鋼表面重新形成三氧化二鉻(Cr2O3)薄膜,使工件表面潔凈且提高其耐蝕性能。從漂白酸洗的原理和結果可見,這實際上是一個不銹鋼的鈍化過程。