不锈钢设备及零部件酸洗钝化技术

马柏强

摘要：在不锈钢使用的过程中，随着使用环境的不同会发生腐蚀现象，严重的情况会影响不锈钢的使用寿命。因此，在使用前要对不锈钢设备及零部件进行酸洗钝化来延长其使用寿命。

关键词：不锈钢；设备零件；酸洗钝化

前言

不锈钢的酸洗钝化工艺对不锈钢的表面质量有着重要的影响，钝化工艺不好会严重影响着使用寿命。因此，我们要根据使用环境的不同采用不同的钝化工艺进行钝化，保证不锈钢的使用效果。

1.酸洗钝化的机理

奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性能，而且还有较好的冷热加工性能，因而被广泛应用于制造各类具有防腐蚀性能的设备。在奥氏体不锈钢表面形成的钝化膜，对其耐蚀性能有很大的改善，而不锈钢的钝化膜主要是通过对其表面进行酸洗和钝化处理得来。金属经氧化性介质处理后，其腐蚀速率比处理前有显著下降的现象称为金属的钝化。不锈钢较耐腐蚀主要是因钢中含有较高含量的铬、镍、钼等元素，如316L，铬含量为16～18，镍含量为10～14，钼含量为2～3），这些元素易于氧化，与钝化试剂反应后，能在钢的表面形成致密的氧化膜（约为1mm）。钝化膜结构连续、致密且质地坚硬，通常不会因受到外界环境的侵蚀而破坏。同时，也由于它的化学势能较低，对许多介质呈现反应惰性。从而有效阻止了腐蚀反应的进一步进行，保护基体不再被进一步腐蚀，起到了一定的保护效果。钝化膜在卤素离子长期作用下容易受到破坏，在制造和安装（包括酸洗钝化和水压试验等）过程中，应严格控制卤素离子（如氯离子）的含量。同时，对不锈钢设备介质表面的酸洗钝化提出更高的要求，可增强材质的防腐蚀能力，延长设备的使用寿命或检修周期。

2.酸洗钝化的方法和工艺过程

不锈钢的钝化处理一般用氧化性较强的硝酸溶液来进行。为了确保钝化处理的效果，在钝化前，必须对待钝化表面进行酸洗。整个处理过程称之为酸洗钝化处理。酸洗钝化的方法有浸渍法、膏剂法、喷淋法、循环法等，一般核电和海水淡化等不锈钢设备的酸洗钝化主要采用浸渍法和膏剂法。为确保核电和海水淡化等不锈钢设备的酸洗钝化质量，酸洗钝化应首先考虑用酸洗钝化液浸渍方法，在不便于采用浸渍的情况下，才考虑用涂刷酸洗钝化膏的方式。对零部件的处理常以浸渍法为主，膏剂法主要用于已制造成形设备的表面处理，或在检修现场对设备表面和焊接部位的处理。

3.酸洗钝化中技术要求

3.1 表面预处理

去除母材和焊缝表面的飞溅、焊渣、咬边、凸凹不平、油污等，一般用机械处理和化学处理两种方法进行。用手持式打磨机磨平焊接接头表面的飞溅、焊渣、咬边，此过程非常关键，表面的光洁度将直接影响到成膜的好坏。清洗时所用刷子材质必须是不锈钢的，油污杂质可用碱液清洗，然后用水清洗干净。

3.2 酸洗和钝化

根据不锈钢设备工艺技术要求，无论是浸渍法和膏剂法，一般采用二合一方法（俗称一步洗）较多。酸洗钝化处理与酸洗钝化液的浓度、环境温度和接触时间三者有关，必须严格按照酸洗钝化技术条件的规定进行操作。温度过低，酸洗钝化会导致产品钝化膜的不完整性，处理应在大于1O℃的环境温度下进行。一般来说，提高酸洗钝化温度会加速和改善清洗效果，但也可能带来导致增加表面污染或损坏的危险，即所谓。过酸洗。。最终冲洗必须用氯离子浓度小于25mg/L的去离子水冲洗。

3.3 后期处理

酸洗钝化后对钝化表面需采取一定的保护措施，以防钝化膜（约1nm厚）的破坏。形成的钝化膜不宜接触硬物，禁止焊接和打磨等。ASTM/A38O《不锈钢制品和设备的清洁、除锈和钝化》中强调指出钝化膜的保护贯穿制造、运输、检验、存放、安装等步骤，并且还规定不得用聚氯乙烯等作为包装材料。聚氯乙烯材料在阳光或紫外光的作用下，会对不锈钢产生腐蚀现象。

4.主要方法和步骤及钝化时间

第一步为碱洗。碳钢板材表面含有大量的FeO，不需要经过特殊的碱溶液处理，一般直接采用酸洗方法清除氧化铁皮。对于不锈钢，通常其氧化铁皮有三层，内层是Cr2O3和Cr2O3.FeO的尖晶石结构，中间层为Fe3O4，外层是Fe2O4，去除氧化铁皮的主要困难是由于内层的Cr2O3.FeO和外层的Fe3O4都难溶于酸，为此必须采取一定措施。不锈钢中形成的Cr2O3和尖晶石Cr2O3.FeO使酸洗变得困难，但其在碱溶液中却易发生化学反应，生成易溶于水溶液的铬酸钠。通过一系列的复杂的化学反应，氧化铁皮中具有强耐酸性的尖晶石氧化物发生分解，并进一步与碱溶液反应，生成铬、锰酸的钠盐。为了提高钝化质量，清除酒罐表面含有的油脂、有机物、污点与粉尘等物质，在钝化前要对酒罐内壁先进行碱液清洗。

第二步为水洗。水洗主要是为了清除碱洗残留液，需用酒厂纯化水冲洗，冲洗完的废水直接排走。

第三步酸洗钝化。酸洗可以使不锈钢缺陷部位的溶解率比表面上其它部位高，整个表面趋于均匀平衡，清除掉一些原来容易造成腐蚀的隐患。同时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，再通过钝化液钝化，使富铬钝化膜的电位接近贵金属的电位，提高不锈钢抗腐蚀的稳定性。所以酸洗可以为钝化处理创造条件，保证形成优质的钝化膜。第四步用纯化水冲洗。参照生活饮用水卫生标准，分别测量进罐水和出罐水（直接排走）的色度、浊度、嗅和味、PH、电导率，当二者基本一致且相关指标优于标准后停止清洗。

钝化反应的时间受温度和钝化液的氧化能力的影响，温度较低时，钝化液活性不强，反应进行较慢，温度较高时，反应不停止；当钝化液氧化能力强时，反应时间短，当钝化液氧化能力弱时，反应时间慢。钝化反应的时间选择是比较好掌握的。只要反应产生的红棕色气体停止，说明钝化膜已经形成，阻隔了钝化液与板材的反应，所以，只要产生的红棕色气体停止，反应就充分完成。

5.结束语

在不锈钢酸洗钝化的过程中，我们要对酸洗钝化工艺和时间进行严格的控制，保证酸洗钝化的效果，提高不锈钢的使用寿命。

参考文献：

[1]夏浩，周栋，丁毅等.不锈钢环保型酸洗钝化工艺及其性能研究[J].表面技术，2009.38（4）：47-49

[2]杨涛.奥氏体不锈钢的酸洗钝化处理[J].科技信息，2010.2（4）：52-53