Oppervlaktebehandelingen voor roestvast staal

Roestvast staal ontleent zijn weerstand tegen corrosie aan de op het oppervlak aanwezige passieve laag, die hoofdzakelijk bestaat uit chroomoxiden. Door diverse omstandigheden kan het voor komen dat deze laag een ongunstige samenstelling heeft en daardoor een verminderde bescherming tegen corrosie geeft. Voorbeelden van dergelijke omstandigheden:

• Laswerkzaamheden

• Warmtebehandelingen

• Op of in het oppervlak aanwezige vreemde metaaldeeltjes, met name ijzer of ijzeroxide deeltjes

Om de weerstand tegen corrosie weer te verbeteren kan het in veel gevallen noodzakelijk zijn de ongunstige oxidelaag te verwijderen, zodat een nieuwe en goede chroomoxide laag kan ontstaan. De methoden waarmee dit kan gebeuren kunnen grofweg in twee groepen verdeeld worden:

1. Mechanisch, zoals schuren, slijpen, borstelen, stralen en trommelen.
Het mechanisch reinigen heeft echter altijd tot gevolg dat en het oppervlak gedeformeerd wordt en mogelijke verontreinigingen niet alleen verwijderd worden, maar tevens in het oppervlak gedrukt worden. Beide fenomenen leiden tot een verminderde corrosieweerstand.
Deze groep van oppervlaktebehandelingen wordt niet aangeraden en er wordt verder dan ook niet op ingegaan.

2. Chemisch. Veel voorkomende chemische oppervlaktebehandelingen zijn:

• Elektrolytisch polijsten

• Elektrolytisch beitsen

• Beitsen en passiveren

Elektrolytisch polijsten

Het doel van het elektrolytisch polijsten is onder andere het verlagen van de oppervlakte ruwheid. Om dit te bereiken worden de te behandelen voorwerpen in een geschikt elektrolyt (vaak op basis van zwavelzuur en fosforzuur) gebracht. Door toepassing van een gelijkstroom waarbij de producten anodisch zijn wordt, in combinatie met het gebruikte elektrolyt, selectief materiaal van

het productoppervlak opgelost. Omdat de stroomdichtheid op uitstekende delen groter is dan op dieper liggende delen, neemt de oppervlakteruwheid met maximaal een factor twee af.

Door het elektrolytisch polijsten wordt bereikt dat:

• De oppervlakteruwheid afneemt;

• Het oppervlak gepassiveerd wordt en daardoor een betere weerstand tegen corrosie krijgt;

• Producten een decoratief, glanzend uiterlijk krijgen.

Elektrolytisch gepolijste producten worden met name toegepast in de levensmiddelenindustrie, de pharmaceutische industrie en in de lucht- en ruimtevaarttechniek.

Elektrolytisch beitsen

Het doel van het elektrolytisch beitsen is het verwijderen van gloeihuid, walshuid, aanloopkleuren en dergelijke. Om dit te bereiken worden de te behandelen producten in een geschikt elektrolyt (vaak op basis van natriumsulfaat of salpeterzuur) gebracht.
De ondergedompelde producten worden afwisselend anodisch en kathodisch geschakeld.
Tijdens de kathodische fase wordt waterstof ontwikkeld op het scheidingsvlak metaal-oxide, waardoor deze oxiden verwijderd worden.

Beitsen en passiveren

Zeker voor austenitisch roestvast staal is het beitsen en passiveren het meest toegepaste chemische oppervlaktebehandelingsproces.

Ook bij dit proces is het doel het verwijderen van oxiden en/of vreemde metaaldeeltjes (met name in of op het oppervlak aanwezige ijzer en/of ijzeroxide deeltjes) en het doen ontstaan van een passieve oppervlakte laag van goede kwaliteit.

Het totale proces bestaat uit meerdere stappen:

• Ontvetten

• Beitsen

• Spoelen

• Passiveren

Ontvetten

Voor het eigenlijke beitsen moeten de te behandelen producten vrij gemaakt worden van olie, vetten en verf- en inktmerken. Het ontvetten kan ofwel alkalisch gebeuren, ofwel in oplosmiddelen (solvent reinigen).

Beitsen

Tijdens het beitsen worden gloeihuid, walshuid, aanloopkleuren evenals corrosieproducten en vreemde metaaldeeltjes verwijderd.

Praktisch kan het beitsen uitgevoerd worden door:

• Dompelen in een beitsbad

• Circulatie van de beitsvloeistof

• Gebruik te maken van beitspasta’s of beitsgels

Bij zowel het dompelen als het circuleren worden complete producten behandeld.
De beitsvloeistof voor het beitsen van austenitisch roestvast staal bestaat in het algemeen uit een mengsel van salpeterzuur en fluorwaterstofzuur.

Het salpeterzuur in het mengsel beschermt, door zijn oxiderende werking, het roestvast staal tegen te sterke aantasting en zorgt tevens voor het oplossen van mogelijk aanwezige ijzerdeeltjes.
Het fluorwaterstofzuur lost metaaloxiden op en daarmee uiteraard ook de aanwezige chroomoxide laag.

Voor het plaatselijk beitsen van bijvoorbeeld lasverbindingen kunnen beitspasta’s of -gels gebruikt worden. De werkzame bestanddelen zijn, evenals in beitsvloeistoffen, salpeterzuur en fluorwaterstofzuur. Deze middelen kunnen met een kwast opgebracht worden, beitsgel ook door sproeien.

Spoelen

Na het beitsen moeten de behandelde producten grondig gespoeld worden, bij voorkeur met gedeminiraliseerd water, om aanwezige verontreinigingen en beitsmiddel te verwijderen.

Er moet rekening mee gehouden worden dat met beitsmiddel verontreinigde hulpmiddelen zoals spoelwater en kwasten waarmee beitspasta is aangebracht, als chemisch afval aangemerkt worden en als zodanig behandeld dienen te worden.

Passiveren

Na het beitsen en spoelen is het roestvast staal oppervlak ontdaan van alle oxiden, dus ook van de van nature aanwezige beschermende chroomoxide laag. Dit betekent dat het oppervlak zeer reactief is, zodat zich onder oxiderende omstandigheden een goed hechtende gesloten en passieve oppervlaktelaag, voornamelijk bestaande uit chroomoxiden, kan vormen.

Vaak zal het passiveren dan ook plaatsvinden door de producten na het spoelen direct aan de buitenlucht bloot te stellen. De vormingssnelheid van de oxidelaag is afhankelijk van het type roestvast staal en bedraagt slechts enige minuten voor de met molybdeen gelegeerde austenitische typen.

Indien de buitenlucht verontreinigd is, bijvoorbeeld met chloorionen (maritieme milieus) is het raadzaam om in vloeistof te passiveren, bijvoorbeeld in een salpeterzuuroplossing. Deze methode geeft weliswaar geen betere oxidelaag, maar is wel sneller en bij een goede procescontrole worden geen verontreinigingen in de laag ingebouwd. Na het passiveren in salpeterzuur (of waterstofperoxide) moeten de producten weer met gedeminiraliseerd water gespoeld worden.

Beitsen en passiveren van andere dan austenitische roestvaste staal kwaliteiten

Ook de ferritische en martensitische roestvaste stalen kunnen in principe gebeitst en gepassiveerd worden. In het algemeen vindt het beitsen in een zure oplossing plaats (bijvoorbeeld op basis van fluorwaterstofzuur, zwavelzuur of zoutzuur) waaraan een inhibitor is toegevoegd.

Bij geharde of veredelde martensitische roestvaste stalen moet rekening gehouden worden met de mogelijkheid van het optreden van waterstofbrosheid. Dit fenomeen wordt veroorzaakt door de waterstof die tijdens het beitsproces op het productoppervlak gevormd wordt en die in het staal kan diffunderen. Op deze wijze opgenomen waterstof leidt tot een aanzienlijke afname van de duktiliteit, waardoor “spontaan” scheuren of breken van onderdelen het gevolg kan zijn.

Omdat de vormingssnelheid van de gewenste oxidelaag bij de ferritische en martensitische kwaliteiten laag is verdient het aanbeveling te passiveren in een daartoe geschikte vloeistof, bijvoorbeeld een oplossing van salpeterzuur.

Voor het beitsen van duplex kwaliteiten kan in het algemeen dezelfde beitsvloeistof gebruikt worden als bij de austenitische kwaliteiten, zij het dat de beitsomstandigheden (temperatuur, tijd en dergelijke) aangepast moeten worden.