Quand la passivation de l’acier inoxydable est-elle requise ? Guide détaillé

L'acier inoxydable est un type de matériau métallique résistant à la corrosion, mais au cours du processus de fabrication, il subit des procédures telles que le transport, le marquage, la découpe, le formage et Soudage MIG, ce qui peut entraîner des rayures, des marques et des empreintes de marteau sur la surface. Ces défauts diminuent la résistance à la corrosion des composants, impactant directement leur durée de vie. La passivation, cependant, est une méthode permettant de transformer la surface de l'acier inoxydable dans un état moins sensible à l'oxydation, ralentissant ainsi son taux de corrosion.

Dans cet article, nous verrons quand l’acier inoxydable nécessite une passivation et ce qu’implique la passivation.

Qu’est-ce que la passivation de l’acier inoxydable ?

La passivation de l'acier inoxydable est un méthode de finition de surface visant à transformer la surface dans un état moins sujet à l'oxydation, ralentissant ainsi son taux de corrosion. Ceci est obtenu en formant une couche extrêmement fine d'oxyde de chrome (Cr2O3) sur la surface exposée de l'acier inoxydable. Lorsque la surface de l’acier inoxydable entre en contact avec l’oxygène de l’air, le chrome réagit avec l’oxygène pour former un film dense d’oxyde de chrome. Ce film d'oxyde peut bloquer l'oxygène, l'eau et d'autres milieux corrosifs dans l'environnement externe, protégeant ainsi la surface de l'acier inoxydable de la corrosion.

Types courants de corrosion de l’acier inoxydable

L'acier inoxydable n'est pas facile à rouiller (Pour en savoir plus sur la différence entre l'acier et l'acier inoxydable, veuillez vous référer à cet article :https://www.boyiprototyping.com/materials-guide/alloy-steel-vs-stainless-steel/), le principal élément d'alliage de l'acier inoxydable est le Cr (chrome), seulement lorsque la teneur en Cr atteint une certaine valeur, l'acier a une résistance à la corrosion, l'acier inoxydable contient généralement du Cr d'au moins 10.5 %. Le mécanisme de résistance à la corrosion de l'acier inoxydable est la théorie du film de passivation, c'est-à-dire que la surface forme un film de passivation riche en Cr extrêmement fin, solide et finement stable, empêchant les atomes d'oxygène de continuer à pénétrer et à s'oxyder, de manière à atteindre le capacité à prévenir la rouille.

Les gens pensent que « l’acier inoxydable n’est pas de la rouille, et la rouille n’est pas de l’acier inoxydable ». En fait, il s’agit d’une vision erronée et unilatérale du manque de compréhension de l’acier inoxydable, l’acier inoxydable rouillera dans certaines conditions. Si nous pouvons comprendre intuitivement les différents types de corrosion de l’acier inoxydable, nous pouvons avoir des contre-mesures correspondantes pour réduire les pertes dues à la corrosion de l’acier inoxydable.

Les dommages dus à la corrosion de l'acier inoxydable sont principalement des dommages de corrosion locaux, les plus courants étant la corrosion intergranulaire (9 %), la corrosion par piqûre (23 %) et la corrosion sous contrainte (49 %).

1. Corrosion intergranulaire

La corrosion intergranulaire est une forme de corrosion localisée qui se produit principalement aux interfaces entre les grains métalliques et s'étend vers l'intérieur le long de ces limites. L'apparition de corrosion intergranulaire est étroitement liée au contrôle de la température de l'acier inoxydable lors du traitement thermique. Dans la plage de température de 450 ℃ à 850 ℃, C et Cr sont susceptibles de former des composés carbone-chrome (Cr23C6). Lorsque le Cr consommé au joint de grain ne peut pas être reconstitué à temps à partir du grain, un phénomène de carence en Cr se produira dans la zone du joint de grain, conduisant à une corrosion intergranulaire.

Pour prévenir la corrosion intergranulaire de l’acier inoxydable, la solution générale est la suivante :

1. Le métal recuit en solution est uniformément chauffé à 1050 1060 ℃ ~ XNUMX XNUMX ℃, puis rapidement refroidi ;
2. Ajoutez des éléments stabilisants tels que Ti et Nb ;
3. Choisissez de l’acier inoxydable à faible teneur en carbone.

2. Piquage

La corrosion par piqûres est une forme hautement destructrice de corrosion localisée, généralement caractérisée par des piqûres petites mais profondes sur la surface métallique. Une fois formées, ces piqûres accélèrent considérablement le processus de corrosion et peuvent même conduire à une perforation, représentant une menace sérieuse pour la sécurité et la durée de vie des équipements.

Par exemple, dans la vie quotidienne, les éviers en acier inoxydable (pour la plupart en 201 ou acier inoxydable 304) subissent souvent une corrosion par piqûres. Si des substances acides ou salées ne sont pas traitées dans l'évier, cela peut entraîner une corrosion par piqûre de l'évier en acier inoxydable.

Les mesures préventives comprennent:

1. Empêcher l'attachement Cl-.
2. Effectuer des traitements de surface appropriés pour former des films passifs stables.
3. Choisir des matériaux à forte résistance à la corrosion Cl-, comme l'acier inoxydable 316L additionné de Mo.

3. Corrosion sous contrainte

La corrosion sous contrainte est un phénomène destructeur qui se produit lorsque le métal est soumis simultanément à des contraintes de traction et à un environnement corrosif. Pour l’acier inoxydable, la corrosion sous contrainte est l’une des formes de corrosion les plus fréquentes et les plus graves conduisant à une défaillance. La particularité de ce type de corrosion est sa vitesse de propagation rapide dès l'apparition de légères fissures, pouvant avoir des conséquences catastrophiques. La fissuration par corrosion sous contrainte des matériaux en acier inoxydable est courante dans les environnements industriels tels que les usines chimiques, les centrales nucléaires et les chaudières.

Pour prévenir et traiter la corrosion sous contrainte dans l’acier inoxydable, les mesures suivantes peuvent être prises :

1. Réduisez la concentration de contraintes dans les composants soumis à de fortes contraintes grâce à une conception structurelle et à des processus de fabrication appropriés.
2. Empêchez l’introduction d’ions chlorure, car ils sont l’un des principaux facteurs contribuant à la corrosion sous contrainte dans l’acier inoxydable.
3. Évitez les processus qui induisent des contraintes, tels que le travail à froid, car ils peuvent augmenter le risque de corrosion sous contrainte.
4. Utiliser un traitement thermique pour éliminer ou atténuer les contraintes résiduelles dans le matériau.
5. Sélectionnez des matériaux en acier inoxydable offrant une bonne résistance à la corrosion sous contrainte, tels que l'acier inoxydable ferritique ou les alliages à haute teneur en Ni.

Pourquoi l'acier inoxydable nécessite-t-il une passivation ?

La principale raison pour laquelle l’acier inoxydable nécessite un traitement de passivation est d’améliorer sa résistance à la corrosion, sa stabilité chimique et son attrait esthétique. Bien que l'acier inoxydable présente une relativement bonne résistance à la rouille, dans les zones côtières ou dans les environnements exposés à certains agents acides ou alcalins, les ions chlorure peuvent facilement pénétrer dans le film de passivation de l'acier inoxydable. Au fil du temps, l’acier inoxydable peut progressivement se corroder et rouiller. Un traitement de passivation est donc nécessaire pour l’acier inoxydable. L'acier inoxydable passivé peut prolonger sa résistance à la rouille de 3 à 8 ans en plus de sa résistance inhérente à la corrosion, réduisant ainsi considérablement le risque de rouille.

Voici les avantages du traitement de passivation pour l’acier inoxydable :

1. Résistance à la corrosion améliorée : Le traitement de passivation forme un film d'oxyde dense à la surface de l'acier inoxydable, l'isolant efficacement du contact direct avec l'environnement extérieur. Ce film agit comme une barrière contre les facteurs corrosifs externes, tels que l'oxygène, l'eau ou d'autres milieux corrosifs en milieu naturel. Le film d'oxyde dense empêche une pénétration facile, augmentant considérablement la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable et prolongeant ainsi sa durée de vie.
2. Stabilité chimique améliorée : La couche de passivation offre non seulement une protection physique mais forme également une liaison chimiquement stable avec le substrat. Cette liaison crée une surface plus lisse et plus uniforme, réduisant la formation de défauts mineurs et de fissures, améliorant ainsi encore sa stabilité chimique.
3. Attrait esthétique amélioré : Les surfaces en acier inoxydable passivées présentent un aspect plus uniforme et plus lisse, améliorant ainsi leur attrait esthétique et leur effet décoratif. Cette amélioration augmente non seulement l'attractivité des produits en acier inoxydable, mais améliore également leur valeur et leur compétitivité sur le marché.

Quand la passivation de l’acier inoxydable est-elle requise ?

L'acier inoxydable nécessite un traitement de passivation dans les situations suivantes :

1. Après le soudage

Le soudage perturbe le film de passivation à la surface de l’acier inoxydable, entraînant une perte d’une certaine résistance à la corrosion. Par conséquent, l’acier inoxydable après soudage peut devoir subir un traitement de passivation pour restaurer sa résistance à la corrosion.

Vous pouvez vous référer à cet article pour comprendre ce qu’est une bonne soudure et une mauvaise soudure :

Mauvaise soudure ou bonne soudure : détails expliqués

2.Exposition à des environnements difficiles

L'acier inoxydable exposé à des environnements difficiles tels que les zones côtières ou les régions très polluées peut être confronté à un risque accru de corrosion et de rouille en raison de substances corrosives telles que les ions chlorure, qui peuvent facilement pénétrer dans le film de passivation naturel de l'acier inoxydable. Par conséquent, l’acier inoxydable utilisé dans de tels environnements nécessite un traitement de passivation pour améliorer sa résistance à la corrosion.

3.Contact avec des substances corrosives

Les surfaces en acier inoxydable qui entrent fréquemment en contact avec des agents acides ou alcalins ou d'autres substances corrosives sont sujettes à l'érosion. Le traitement de passivation forme un film de passivation plus stable et plus dense, empêchant le contact direct entre ces substances corrosives et le substrat en acier inoxydable.

4. Exigences esthétiques

Le traitement de passivation améliore la luminosité et l'esthétique de la surface en acier inoxydable, la rendant plus attrayante et uniforme. Cela le rend adapté aux applications où les normes esthétiques sont élevées.

Quel est le principe de passivation pour l’acier inoxydable ?

Le principe du traitement de passivation de l’acier inoxydable peut être expliqué à l’aide de la théorie des couches minces. Ce processus implique une réaction chimique entre la surface de l'acier inoxydable et l'agent passivant. Lorsque l'acier inoxydable est immergé dans une solution contenant un agent passivant, les éléments métalliques à sa surface réagissent avec les agents oxydants présents dans l'agent passivant. Cette réaction entraîne la formation d’un film de passivation extrêmement fin, dense et uniforme à la surface de l’acier inoxydable.

Ce film de passivation est principalement composé d'oxydes ou d'hydroxydes et présente une résistance élevée à la corrosion et une résistance mécanique. Il adhère à la surface de l'acier inoxydable, formant une barrière qui isole complètement le métal des milieux corrosifs externes tels que l'oxygène, l'humidité et les produits chimiques nocifs. En empêchant le contact direct entre ces milieux corrosifs et le substrat en acier inoxydable, le film de passivation inhibe efficacement la dissolution et l'oxydation du métal, empêchant ainsi la corrosion et la rouille.

Il joue un rôle en séparant complètement le métal du milieu corrosif, empêchant ainsi le contact direct entre le métal et le milieu corrosif, empêchant ainsi le métal de se dissoudre et de former un état passif, atteignant ainsi l'objectif de prévention de la corrosion et de prévention de la rouille. Le décapage et la passivation à l'acide peuvent rapidement décaper les points de soudure de surface et les joints des matériaux en acier inoxydable, améliorant ainsi la résistance à la rouille de la surface et le temps de pulvérisation saline du produit.

Processus de passivation de l'acier inoxydable : explication étape par étape

Le procédé de passivation de l'acier inoxydable comprend principalement les étapes suivantes :

1. nettoyage:

L'objectif principal est de nettoyer la surface de l'acier inoxydable, en éliminant l'huile, la poussière et les oxydes. Il existe différentes méthodes pour dégraisser les surfaces en acier inoxydable. Les détergents alcalins et les bains à haute température (jusqu'à 65°C) sont très efficaces pour dissoudre et éliminer les impuretés. La méthode spécifique dépend du niveau de contamination de la surface en acier inoxydable.

2.Décapage :

Après le nettoyage, la surface en acier inoxydable doit subir un décapage pour éliminer davantage les oxydes et autres impuretés. Les agents de décapage courants comprennent l'acide nitrique, l'acide sulfurique et l'acide citrique (la section suivante fournira une introduction détaillée aux fonctions de ces trois agents de décapage). Il est essentiel de contrôler la durée, la concentration d'acide et la température pendant le processus de décapage pour garantir une élimination efficace des contaminants sans provoquer de corrosion excessive du substrat en acier inoxydable.

3. Traitement de passivation :

Le traitement de passivation implique généralement l'immersion des matériaux en acier inoxydable dans une solution contenant des agents passivants pendant une certaine période. Les agents passivants réagissent chimiquement avec la surface de l'acier inoxydable, formant un film passif dense. Ce film passif améliore efficacement la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable.

4. Nettoyage et séchage :

Après le traitement de passivation, un nettoyage approfondi est nécessaire pour éliminer tous les résidus d'agents de passivation. Une fois le nettoyage terminé, la surface en acier inoxydable doit être séchée pour éviter l'oxydation ou la corrosion. Le séchage garantit que la surface de l'acier inoxydable reste sèche et lisse, minimisant ainsi le risque d'oxydation ou de corrosion ultérieure.

5. inspection de qualité

Inspection de l'apparence : La surface du décapage et de la passivation de l'acier inoxydable doit être uniformément blanc argenté, lisse et belle, sans marques de corrosion évidentes. La soudure et la zone affectée par la chaleur ne doivent pas avoir de couleur d'oxydation et il ne doit pas y avoir de taches de couleur inégale.

Inspection du liquide résiduel : utilisez du papier test à la phénolphtaléine pour vérifier la propreté du liquide résiduel sur la surface de l'acier inoxydable. Si la valeur du pH est neutre, elle est considérée comme qualifiée.

Test du point bleu : Le principe de base de la méthode de test du point bleu est que si le film de passivation de surface est incomplet ou contaminé par des ions de fer, des ions de fer libres existeront et la solution de ferrocyanure de potassium réagira avec les ions de fer pour former un précipité bleu.

Passivation de l'acier inoxydable – Type d'agent de décapage

Méthodes de passivation standard de l'industrie pour les surfaces en acier inoxydable : acide nitrique, acide nitrique avec bichromate de sodium, acide citrique. Chaque type repose sur des produits chimiques spécifiques pour le traitement de passivation afin de répondre aux exigences de différents environnements et applications.

Passivation à l'acide nitrique : En immergeant les composants en acier inoxydable dans une solution contenant une concentration spécifique d'acide nitrique, un film de passivation dense peut se former sur la surface de l'acier inoxydable. Ce film de passivation peut améliorer la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable, protégeant ainsi son substrat de la corrosion par oxydation.

Acide nitrique avec passivation au bichromate de sodium : L'ajout de bichromate de sodium peut encore améliorer la qualité et la résistance à la corrosion du film de passivation. Cette méthode de passivation convient généralement aux composants en acier inoxydable présentant des exigences plus élevées en matière de résistance à la corrosion. Il est important de noter que le dichromate de sodium est une substance dangereuse et que sa concentration et ses conditions de manipulation doivent être strictement contrôlées lors de son utilisation.

Passivation à l'acide citrique : L'acide citrique présente l'avantage d'être respectueux de l'environnement et non toxique. L'acide citrique peut réagir avec les oxydes sur la surface de l'acier inoxydable, éliminer les couches d'oxyde et former un film de passivation fin et dense sur la surface. La passivation de l'acide citrique implique généralement des étapes de traitement de décapage et de passivation. En contrôlant la durée et la température du traitement, d'excellents résultats de passivation peuvent être obtenus.

Précautions spéciales pour la passivation de l'acier inoxydable

Avant la passivation, la surface de l'acier inoxydable doit être soigneusement nettoyée pour éliminer toute graisse, saleté et autres corps étrangers. La présence de graisse et d'autres contaminants peut affecter la qualité de la passivation acide. Lors du nettoyage, des détergents alcalins ou d'autres agents de nettoyage appropriés peuvent être utilisés.

La teneur en ions chlorure dans la solution de décapage, la pâte de passivation et l'eau de nettoyage doit être strictement contrôlée. Une teneur excessive en ions chlorure peut endommager le film de passivation de l'acier inoxydable, réduisant ainsi sa résistance à la corrosion. Par exemple, dans la norme navale « Pâte de passivation pour décapage en acier inoxydable » CB/T3595-94, la teneur en ions chlorure de la pâte de passivation pour décapage en acier inoxydable doit être contrôlée dans une plage spécifique, généralement comprise entre 25 ppm et 100 ppm. Pour le nettoyage de l’eau, la teneur en ions chlorure doit également être contrôlée à des niveaux inférieurs à 25 ppm.

Les déchets liquides générés pendant le processus de décapage et de passivation doivent être correctement traités pour se conformer aux exigences nationales en matière d'émissions environnementales. Le liquide résiduaire doit être neutralisé avant d’être rejeté. Par exemple, pour les déchets liquides contenant du fluorure, de la chaux hydratée ou du chlorure de calcium peuvent être ajoutés pour le traitement ; pour les déchets liquides contenant du chrome, du sulfate ferreux peut être ajouté pour le traitement de réduction. Ces mesures de traitement peuvent réduire efficacement la teneur en substances nocives des déchets liquides et protéger l'environnement.

Pendant le processus de passivation, les opérateurs doivent porter un équipement de protection individuelle approprié, tel que des lunettes de protection, des gants et des vêtements de protection, pour éviter tout contact entre la solution et la peau. Si la solution de passivation est accidentellement projetée dans les yeux ou sur la peau, elle doit être immédiatement rincée à l'eau claire et une assistance médicale doit être recherchée.

Différence entre l'huile de passivation et l'huile de prévention de la rouille

La principale différence entre l'huile de passivation et l'huile antirouille est que les produits générés sont différents ; L'huile antirouille est une réaction physique qui prévient efficacement la rouille en scellant les pores de la surface métallique avec un film d'huile pour isoler le contact avec l'oxygène. Le film d'huile est plus sujet aux défaillances car il est retiré et endommagé au fur et à mesure de la progression de la production ; La passivation, quant à elle, utilise les substances oxydantes présentes dans la solution de passivation pour subir une réaction d'oxydo-réduction avec le métal, favorisant la formation d'une couche de composés d'oxydes métalliques sur la surface du métal et assurant une protection efficace du métal. Ce processus appartient à une réaction chimique. Le film de passivation résultant est dense, intact et difficilement endommagé.

Résumé

En conclusion, la passivation est absolument nécessaire pour les produits en acier inoxydable destinés à être utilisés dans des environnements particuliers. Grâce au traitement de passivation, non seulement la résistance à la corrosion et la durabilité des produits peuvent être considérablement améliorées, garantissant ainsi leur fonctionnement stable à long terme dans des environnements difficiles, mais la qualité de l'apparence des produits peut également être maintenue, améliorant ainsi leurs performances et leur valeur globales.

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