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10μm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CrO3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：
Fe•H20+O*≈[FeOH•O*]ad+H++e
[FeOH•O*]ad≈[FeO•O*]ad+H++e
[FeO•O*]ad+H2O≈FeOOH+O*十H++e
[FeO•O*]ad≈FeO+O*
FeOOH+Cr+H2O≈CrOOH+Fe•H20
2FeOOH≈Fe203+H20
2CrOOH≈Cr203+H20
MO+3FeO+3H2O≈MOO3+3Fe•H2O
Ni+FeO+2H20≈NiO+Fe•H20
(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γ -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
3．1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备表面处理技术较复杂,需直流电源或恒电位仪