Efteruddannelse i Materialeteknologi Kursus R 3. Overfladebehandling. Rustfrit stål, nikkel og titan

Transkript

1 Efteruddannelse i Materialeteknologi Kursus R 3 Overfladebehandling Rustfrit stål, nikkel og titan Kursusmateriale udviklet under lov 271 om efteruddannelse i et samarbejde melle m Danmarks Ingeniørakademi, Dansk Teknologisk Institut, FORCE Institutterne og Forskningscenter Ris ø 1993

2 Overfladebehandlin g Rustfrit stål, nikkel og tita n 1. udgave, 1. oplag 1994 Undervisningsministeriet Lov 27 1 Grafisk design : Grethe Jensen og Inger Vedel, DTI/Grafi k Sats : Repro-Sats Nord, Skage n Tryk : Omslag: Reproset, København Indhold : DTI/Tryk, Taastru p Dansk Teknologisk Institu t Forlaget ISBN Kopiering i uddrag er tilladt med kildeangivelse

3 Overfladebehandlin g Rustfrit stål, nikkel og titan Forord 7 Forord til R Hvorfor overfladebehandling 1 1 Måling af overfladeegenskaber, standardisering Hårdheden Måling af hårdheder Brinell-Hårdhed Vickers-hårdhed Rockwell C-hårdhed Hårdheder for rustfrit stål, nikkellegeringer og titan Ruhed Måling af ruheder Topografien Slidstyrken Farven 24 3 Overflade og korrosionsbestandighed Korrosionsbestandighed i forbindelse med mekaniske defekter Korrosionsbestandighed i forbindelse med svejsning Korrosionsbestandighed og overfladetilstand Mekanisk overfladebehandling Indledning Børstning Slibning Polering Sandblæsning 40

4 4.6 Glasblæsning Shot-peening 42 5 Kemiske metoder Dekontaminering Passivering Bejdsning Bejdseforholdenes indflydelse på bejdseresultatet Bejdsningens indflydelse på overfladebeskaffenheden Påføringsmetoder Bejdsning af nikkellegeringer Rent nikkel og varianter Nikkel/kobberlegeringer Nikkel/chrom og nikkel/chrom/jern-legeringer Bejdsning af titan 60 Kemisk polering 6 1 Elektrokemisk overfladebehandling Elektropolering af rustfrit stål El-poleringsprocessen Den el-polerede rustfri ståloverflade El-polerings effekt på korrosionsbestandigheden Eksempler på el-polering i praksis Anodisering af titan : Uorganiske belægninger Galvanisk pålagte belægninger Forbedring af hårdhed og slidbestandighed Hårdkrom Hårdkromprocessen Hårdkrombelægninger Hårdkroms korrosionsforhold Anvendelser af hårdkrom Kemisk nikkel Kemisk nikkel, badtyper og belægninger 82

5 7.4.2 Kemisk nikkel som korrosionsbeskyttelse Kemisk nikkel som slidbelægning Økonomien i kemisk nikkel Specielle forhold ved galvanisk belægning af rustfrit stål, nikkellegeringer og titan Forbehandling af rustfrit stål og nikkellegeringer Forbehandling af titan og titanlegeringer 88 8 Maling af rustfrit stål Indledning Forbehandling før maling Forrensning Sandblæsning Maling Grundmaling Mellemmaling Slutmaling Systemopbygning, malingtykkelser Kontrol 96 9 Konvertering af overflader Gas-faseprocesser - nitridering Saltbadsprocesser - nitridering Indsætning i pulverpakning lonimplantering Chemical Vapour Deposition Physical Vapour Deposition Kontrol 1 06 Stikord 10 7

6

7 Forord Denne lærebog indgår i et omfattende, modulopbygget syste m af efteruddannelseskurser,»efteruddannelse i Materialeteknologi«, som har til formål at ruste dansk erhvervsliv til a t arbejde optimalt med såvel nye som kendte materialetyper. Systemet dækker således alle materialetyper fra støbejern, stål, rustfrit stål, aluminium og diverse metallegeringer ove r plast, fiberforstærket plast og sandwichmaterialer til keramiske og pulvermetallurgiske materialer. For hver materiale - type vil der være kurser i relevante emner som grundlæggende materialekendskab, materialevalg, forarbejdning o g konstruktion, nedbrydningsformer og tilstandskontrol. Tanken med det modulopbyggede efteruddannelsessyste m er, at virksomheder eller enkeltpersoner har mulighed for at sammensætte et kursusforløb, som er tilpasset det aktuelle behov, hvad enten det drejer sig om at gå i dybde n med et materialeområde, eller man ønsker at udvide sin e kvalifikationer til flere materialetyper fx inden for et emn e som forarbejdningsprocesser. Det er naturligvis vores håb, at denne lærebog enten i forbindelse med det pågældende kursus eller ved selvstudium vil være et godt bidrag til en sådan opgradering af kvalifikationerne hos den enkelte. For at bogen kan tjene både som kursusmateriale, opslagsbog og kilde til supplerende viden, er den forsynet me d mange figurer, der underbygger teksten, samt margentekste r og index, der letter opslag. Visse afsnit i teksten vil være skrevet med andre typer, samt forsynet med en grå streg lang s margen som indikation af, at det pågældende afsnit speciel t henvender sig til læsere med ingeniørmæssig baggrun d el.lign.. I forbindelse med kurser vil bogen blive ledsaget a f en arbejdsmappe indeholdende supplerende materialer, øvelsesvejledninger, opgaver m.v. Kurserne er udviklet i et konsortium bestående af Danmark s Ingeniørakademi (maskinafdelingen), Dansk Teknologisk Institut, FORCE Institutterne og Forskningscenter RISØ samt en række danske virksomheder. En række medarbejdere i virksomhederne har bidraget til udviklingsarbejdet i form a f klarlægning af behov og løbende vurdering af materialet ved 7

8 deltagelse i følgegrupper. Udviklingsarbejdet er foretaget med støtte fra Undervisningsministeriet (Lov 271 Lov om Efteruddannelse), og herunder har Indsatsgruppen for Materialeteknologi samt de tilknyttede referees ligeledes ydet e n god indsats med henblik på afstemning mellem erhvervslivets behov og materialets indhold. Taastrup, oktober 1993 På konsortiets vegne Lorens P. Sibbesen (projektadministrator) 8

9 Forord til R3 Nærværende lærebog er grundlaget for undervisningsmodulet R3 : Overfladebehandling - Rustfrit stål, nikkel og titan. Sammen med supplerende materiale udgør bogen det kursusmateriale der anvendes i modulet R3. R3 gennemgår behovet for overfladebehandling samt over - fladebehandlingsmetoder til anvendelse på rustfrit stål. En række af de omtalte metoder anvendes også på almindelig t stål, men ved rustfrit stål kan såvel argumentationen for anvendelsen som vilkårene for udførelse være anderledes en d ved almindeligt stål. En af de væsentligste grunde til at overfladebehandle rustfrit stål er at optimere korrosionsbestandigheden på det færdig e produkt. Derfor har indflydelsen af de forskellige metode r på korrosionsbestandigheden en frgmtrædende plads i behandlingen af stoffet. Lærebogen er udarbejdet af Jan Elkjær Frantsen, J. Vagn Han - sen, Torben Jensen, Claus Qvist Jessen, Jørgen Møller, Torben Steen Nielsen og Ebbe Rislund, FORCE Institutterne. Brøndby, oktober 1993 P.B. Ludwigsen Civilingeniør Ebbe Rislund Akademiingeniør 9

10

11 Hvorfor overfladebehandling? 1 Overfladen er et materiales samspil med omgivelserne. Det er her, det møder det omgivende miljø, eller kommer i kontakt med andre materialer. Afhængig af komponentens funktion vil der på samme materiale kunne stilles ganske forskel - lige krav til overfladens funktion. Derfor er det nødvendig t at kunne karakterisere en overflades egenskaber for derigennem at kunne sætte krav til de ønskede egenskaber, der e r nødvendige for at opnå den ønskede funktion. De størrelser, der karakteriserer en overflade, kan være udseende (farve), rengøringsvenlighed, evne til at holde på smøremidler, bæreevne, slidbestandighed og korrosionsbestandighed. Disse størrelser kan dog ikke beskrives entydigt so m overfladeparametre, men må udtrykkes ved andre og mer e håndgribelige målbare størrelser. Således hænger rengørings - venlighed og evne til at holde på smøremidler tæt sammen med overfladens ruhed og topografi, medens slidbestandighed og bæreevne er knyttet til overfladens hårdhed. For de rustfrie stål betyder overfladeruhed og topografi også noge t for korrosionsbestandigheden og har afgørende indflydelse på udseendet. Det er altså med disse størrelser overfladen s brugsegenskaber skal kunne udtrykkes. Kapitel 2 giver en kort introduktion til måling af disse egenskaber. Der er derfor mange grunde til at foretage overfladebehandling også af rustfrit stål. Formålet med en overfladebehand - ling kan være meget forskelligartet, men indledningsvis ka n det opdeles i to grupper : 1. Tilføre hensigtsmæssige egenskaber. 2. Fjerne uhensigtsmæssige egenskaber. Det er naturligvis ikke alle egenskaber, man umiddelbart ka n få leveret sammen med materialerne fra værk, dels fordi de t ikke er hensigtsmæssigt i sammenhæng med produktionen a f f.eks plader og rør, dels fordi nogle af egenskaberne vil blive ødelagt under forarbejdningen til det færdige produkt. Derfo r må nogle af de hensigtsmæssige egenskaber tilføres ved produktionen af de færdige produkter, også fordi de eventuel t kun skal anvendes på en del af det færdige produkt. 11

12 Omvendt vil det under forarbejdningen ikke kunne undgås, at de overfladeegenskaber, der er leveret fra værk, forringes i forbindelse med forarbejdningen af materialerne. Disse må da retableres ved overfladebehandling inden produktet e r færdigt. Da formålet således er meget forskelligartet bliver også be - handlingsmetoderne forskellige. De rækker fra de mekaniske børstning, blæsning og slibning til de kemiske dekontaminering, passivering og bejdsning. Hertil kommer elektrokemi - ske som elektropolering og metaludfældning. For at give e t indtryk af det spektrum af problemer og metoder, der er aktuelt i forbindelse med overfladebehandling af rustfrit stål, gives her nogle eksempler på problemer og med hvilke metoder, de er blevet løst. Rengøringsvenlighed og hygiejne er aktuelt i levnedsmiddelindustrien, medicinalindustrien og den bioteknologiske industri. Her er der derfor særlige krav til overfladeruhed og -topografi. Denne kan tilpasses ved slibning, polering elle r elektropolering. Disse processer har også en gunstig indvirkning på den valgte ståltypes korrosionsegenskaber. Forbedring af rustfrie materialers korrosionsegenskaber ka n dog også opnås ved passivering, selv om denne metode ogs å har karakter af at fjerne nogle uhensigtsmæssige egenskaber opstået under forarbejdning. Forøget slidbestandighed kræver ofte forøget hårdhed. Overflader med stor hårdhed opnås normalt ved anvendelse a f martensitiske rustfrie stål, men inden for visse grænser kan hårdhedsforøgende overfladebehandling som tenifering og lignende komme på tale. Alle overfladebehandlingsmetoder har indflydelse på udseendet af rustfrit stål. På denne måde kan man ved at anvend e forskellige metoder opnå et ønskeligt udseende, men skal dog være opmærksom på eventuelle forskelle i metoderne s indflydelse på andre egenskaber, der måske ikke bliver optimale. Maling af rustfrit stål foretages normalt for at ændre udseendet udvendigt på beholdere og lignende, herunder påsætning af logo. (Alle fly er jo heller ikke aluminiumfarvet). Selvom man jo normalt betragter rustfrit stål som et korro - 12

13 sionsbestandigt materiale, kan maling også forekomme i beskyttelsesøjemed. I kemisk procesapparatur kan rustfrit stå l eksempelvis være godt nok til påvirkningen fra det indven - dige miljø. Er det varme komponenter, kan der i forbindels e med forurening være risiko for spændingskorrosion fra ydersiden. Denne risiko kan imødegås ved at anvende en spændingskorrosionssikker legering. Men hvis dette er urimeligt dyrt, kan maling være et attraktivt alternativ for at sikr e ydersiden. Med hensyn til at fjerne uhensigtsmæssige egenskaber elle r retablere egenskaber, der er blevet forringet under forarbejdningen, er det hyppigst forekomne problem anløbning a f overfladen i forbindelse med svejsning og anden varmepåvirkning. Disse anløbninger forringer såvel udseende so m korrosionsbestandighed og må derfor fjernes inden produktet sættes i drift. Hertil er slibning og bejdsning effektive, men også blæsning kan komme på tale hvis korrosionspåvirkningerne er milde. Slibning er jo som ovenfor nævnt en metode til at tilpasse overfladetopografien. Dette gælder også til retablering af områder, der er blevet mekanisk beskadiget i forbindels e med forarbejdningen, men slibning har en bivirkning. Slibning forøger egenspændingsniveauet i overfladen. Hvis stålet udsættes for et spændingskorrosionsfremkaldende miljø, er spændingsniveauet højere på en slebet overflade end på en bejdset. Dermed er også risikoen for spændingskorrosion større. Således kan en efterfølgende bejdsning forbedre korrosionsegenskaberne af en slebet overflade. Der er imidlertid en anden mulighed for at påvirke spændingsforholdene på en overflade, nemlig shot-peening. Ve d shot peening tilføres trykspændinger til overfladen, hvilket både eliminerer risikoen for spændingskorrosion og kan forbedre udmattelsesegenskaberne. Andre problemer, der kan have negativ indflydelse på både udseende og korrosionsbestandighed er jernafsmitning på overfladen fra værktøjer eller i forbindelse med transport. Denne situation kan retableres ved dekontaminering elle r passivering. At vælge overfladebehandlingsmetode er således ikke helt let, hvis alle ønskelige overfladeegenskaber skal tilgodeses, 13

14 men gennem kendskabet til hvorledes de enkelte metoder påvirker de forskellige egenskaber, er det muligt at prioritere, hvilke egenskaber, der er behov for og derved vælge metoder, der, under hensyntagen til økonomien, tilgodeser flest muligt af egenskaberne. 14

15 Måling af overfladeegenskaber, standardiserin g 2 Rustfrit stål, titan og hovedparten af nikkellegeringerne er passiverbare legeringer, hvilket vil sige, at de i ideel tilstan d er dækket af et oxidlag, som beskytter metallet mod omverdenen, hvadenten der er tale om korrosion eller slid. Det e r derfor ved passiverbare legeringer særligt vigtigt at vide, hvordan overfladens tilstand er. De faktorer, der normalt bruges til at karakterisere en ren metaloverflades tilstand e r Karakteristik af overflade r hårdheden, ruheden, topografien, slidstyrken og farven. For den rene, rustfri stål-, nikkel- eller titanoverflade har far - ven af metallet sjældent den store funktionelle betydning, men har nærmere en kosmetisk effekt. De øvrige fire faktorer derimod har overordentlig stor betydning for metallets funktion og dermed anvendeligheden af en legering. Hårdheden En vigtig faktor i karakteristikken af en metallisk overflad e er dens hårdhed. Hårdheden af et materiale siger noget om, hvor let materialet "giver efter" for påvirkninger udefra, og afhænger af faktorer som trækstyrke, elasticitetsmodul, dimensioner, overfladefinish, homogeniteten af materialet og geometri, kraft og hastighed for indtrykningslegemet Måling af hårdheder Hårdheden af et metal har i praksis stor betydning for anvendeligheden af det, og det er derfor også af stor vigtighed, at man kan udføre reproducerbare målinger af hårdheden. Dertil er der udviklet en række af metoder, som alle bygger på det grundlæggende princip, at man trykker "noget" ned i overfladen og måler konsekvenserne af påvirkningen i form af en dybde eller diameter af indtrykket. Variationerne mel - lem de forskellige metoder ligger hovedsageligt i, hvad det er, Hårdhedsmålinge r 15

16 der trykkes ned i emnet, med hvilken kraft, det sker, og hvordan den efterfølgende opmåling sker. Principper og fremgangsmåder samt krav til udstyr er beskrevet i standarder Brinell-hårdehedsmålinger Brinell-hårdhed En af de almindeligste metoder til bestemmelse af hårdheden for et metal er Brinell-metoden, hvor det legeme, der trykkes med er en kugle med en diameter (D) på mellem 1,0 og 10 mm. Kuglen er fremstillet af enten hærdet stål eller hårdmetal. Stålkuglen kan benyttes op til en Brinell hårdhed på 450 HB, mens hårdmetal kan anvendes op til 650 HB. Hvor stor en kugle, der skal anvendes, afhænger dels af hårdheden af de t emne, der skal testes, og dels af homogeniteten af emnet. En stor diameter bør anvendes, hvis testemnet er relativt blødt eller inhomogent. For homogene emner findes der anbefaled e kombinationer af kraft og kuglediameter for forskellige metaller. Disse er angivet i standarderne for Brinellmåling. Selve det emne, der skal testes, skal være jævnt og rent, fri for oxidslagger og fremmedpartikler og især fri for smøremidler af enhver art. Figur 2.1 nedenfor viser princippet i Brinell-hårdhedsmålingen : Figur 2. 1 Skitse af princippet i hårdhedsmåling efter Brinell-metoden. øverst : Kuglen med diametere n (D) påtrykkes en kraft (F) og trykkes ned i testemnet (T). Nederst : Middeldiameteren af indtrykket (d) bestemmes. h er dybden af indtrykket (imm), men denn e måles ikke, men kan beregnes udfra D og d d 16

17 Hårdheden i Brinell kan derpå beregnes ud fra F, D og d. I praksis gør man dog oftere det, at man omsætter diameter - målingen til hårdhedstal via standardiserede tabeller. En yderligere beskrivelse af Brinell-hårdheden, måleprocedure n og formler og tabeller er beskrevet i ISO-standarden (E) [1] samt i NDE-Ståbi'en [2]. Vickers-hårdhed En anden meget anvendt metode til bestemmelse af hårdheden er Vickers-metoden. Vickers minder i sin udførelse en del om Brinell, men mens indtrykket i Brinell sker med en kugle, bruges der i Vickers en kvadratisk diamantpyramide med e n spidsvinkel på 136. Princippet er vist nedenfor i figur 2.2 : Målinger med Vickers-pyramid e Figur 2. 2 Princippet i opmåling af Vickers - hårdhedsindtryk. Opmåling af indtrykket sker ved af måle beg - ge diagonaler i indtrykket, d, o g d 2, hvorefter middeldiametere n (d) findes som (d, + d 2)/2 Middeldiameteren afhænger af belastningen (normalt mel - lem 1 og 100 kg) og ligger typisk omkring 0,1-0,3mm. Forud for testen skal emnet ligesom ved Brinell-målinge n være metallisk rent uden smøremidler. Herefter bestemme s Vickers hårdheden udfra belastningen (kraften, F) og arealet af indtrykket, som beregnes ud fra d. Omsætningen af størrelsen af indtrykket til Vickers-hårdhed sker i lighed me d Brinell ud fra en formel eller en tabel og er udførligt beskrevet i ISO 6507/1 [3], 6507/2 [4] og NDE-Ståbi [2]. Af hensyn til præcisionen bør hårdheden i Vickers angives som et tal efterfulgt af belastningen i kp (hvilket ved lodret Angivelse af Vickers-målinge r 17

18 belastning svarer til belastningsmassen i kg). 320HV 30 betyder da en Vickers hårdhed på 320 HV målt ved en 30 kps be - lastning (= 30 kg). Desværre er der i prakis en udpræget tendens til, at belastningsangivelsen udelades, men en almindelig belastning til måling på rustfri materialer er 10 kp (10 kg ) svarende til 98 N. Variationen i HV med belastningen er i øv - rigt størst ved inhomogene materialer, hvorimod variatione n ved måling på homogene, etfasede materialer (f.eks. austenitiske rustfri stål) er mindre. Homogene og inhomogene materialer Mikrovickers Forskellen mellem Vickers og Brinell ligger dels i formen af indtrykket og dels i størrelsen af indtrykket. For Brinell er indtrykket gerne flere mm, mens Vickers er nede i tiendedelene. For 100% homogene materialer som austenitiske stål betyder dette som nævnt ikke meget, men inhomogene materialer som støbejern måles bedst med et stort indtryk, de r kompenserer for lokale variationer i materialesammensætning og dermed hårdhed. Til gengæld er Vickers p.g.a. den mindre belastning bedre til f.eks. tynde materialer eller belægninger. I sidstnævnte tilfælde udføres målingerne so m Mikrovickers-målinger, hvor der anvendes meget små belastninger (ned til 5gr). Da indtrykket i emnet bliver tilsvarende mindre, skal opmålingen ske i mikroskop. Mikrovickers an - vendes f.eks. til hårdhedsmålinger af galvanisk pålagte, metalliske belægninger, der ikke er mere end få mikrometer tyk - ke. Da det kan være nyttigt at sammenligne hårdheder målt ve d forskellige metoder, er der bl.a. i NDE-Ståbien [2] angivet tabeller til omregning fra den ene til den anden type måling To-trins hårdhedsmåling Rockwell C-hårdhed En tredje metode til bestemmelse af hårdheden er RockwellC. Denne metode benytter sig af en afrundet diamantkegle med en vinkel på 120. Til forskel fra Brinell og Vickers udføre s Rockwell i to trin: Først med en forbelastning og derpå med en totalbelastning, hvorefter Rockwell-hårdheden beregnes udfra forskellen i indtryk. Derved undgås det, at oxider p å metaloverfladen får indflydelse på målingerne. Alligevel er RockwellC (HRC) ikke synderligt egnet til rustfrit stål. Metoden er bedst til ganske hårde materialer, hvilket giver sig udslag i, at HRC-skalaen først starter 21HRC (svarende ti1243hv 10), og det er langt fra alle rustfri stål der 18

19 overhovedet er så hårde (tabel 2.1). I f.eks. USA anvendes der dog andre Rockwell-metoder, som er mere velegnede til bløde materialer. Yderligere information om RockwellC er bl.a. angivet i NDE-ståbi'en [2]. Hårdheder for Rustfrit Stål, Nikkellegeringer og Titan Rustfrit stål hører til de "mellemhårde legeringer" og er generelt lidt hårdere end rent, ulegeret jern. Målt i Vickers med en belastning på 10 kg (svarende til en kraft på 10 kp) ligger et spændingsudglødet, austenitisk SS 2333-stål med en hård - hed på 155 HV 10. Mekanisk bearbejdning og kolddeformering får stålets hårdhed til at stige til HV 10. Højere legerede, austenitiske stål er normalt lidt hårdere end SS og de to-fasede ferritisk-austenitiske duplexstål endnu hårdere. Vickers-hårdheden for visse almindelige rustfri stål, nikkellegeringer og titan er angivet nedenfor i tabel 2.1 : Hårdheder for rustfrit stå l Tabel 2.1 Vickers hårdheder for forskellige rustfri stål, nikkellegeringer og titan. Værdierne for hårdhederne for rustfrit stål og nikkellege - ringerne er hentet fra stålværkernes datablade, mens oplysningern e om titanlegeringerne stammer fra Metals Handbook [5 ] Stål / legering Mat.gruppe HV 1 0 SS 2333 / AISI 304 RS, aust., FCC 15 5 SS 2343 / AISI316 RS, aust., FCC L / SS 2562 RS, aust., FCC SMO / SS 2378 RS, aust., FCC / W.Nr RS, duplex / SS 2377 RS, duplex / SS 2328 RS, duplex 29 0 Hastelloy B-2 Ni-leg. FCC 22 0 Hastelloy C-22 Ni-leg. FCC 22 0 Hastelloy C-276 Ni-leg. FCC 190 Titan grade 1 a-ti 113 Titan grade 5 a-13-ti 320 Ti-13V-llCr-3A1 (3-Ti 308 Det bemærkes, at mens der er relativt lille variation i hårdhederne for de rustfri stål med samme struktur, er variatione n større ved overgang til to-fasestål. Især det meget højtlegere - Hårdheder for duplexe stå l 1 9

20 de 2507 er hårdt. Det samme, men endnu tydeligere ses ve d titanlegeringerne, hvilket ikke er overraskende taget i betragtning, at titan grade 5 (6A1, 4V) netop er udviklet med henblik på høj styrke og dermed hårdhed. 2.2 Kvantificering af ruhe d Ruhed En anden vigtig faktor i karakteriseringen af en overflade e r dens ruhed. Ruheden er groft set et udtryk for, hvor "bakket " metallets mikrooverflade er, og jo mere bakket overfladen er, jo større er ruheden. Ruheden har stor funktionel betydning, både når der er tale om slid, men også, hvad angår metallet s korrosionsresistens. Desuden har ruheden, eller om man vil : blankheden, stor betydning for emnets rent visuelle udseende. En ru overflade udmærker sig jo ved ikke i samme gra d som en blank at kaste lys tilbage. Det er således ønskeligt at kunne karakterisere overfladeruheden og helst sætte et tal på, hvor ru en overflade er - kvantificere ruheden. Tabel 2.2 Eksempler på de mest anvendte overfladetyper ved leverin g fra værk, ASTM A480 [8] og DIN [9]. Ifølge ASTM A480 kan de n matte overflade ved "2D" også være et resultat af en bejdsning. I DI N betegnes denne tilstand "h" ) Behandling Varmvalset, glødet og bejdse t Koldvalset og slebet korn korn 12 0 korn 15 0 korn 18 0 korn 28 0 Poleret Børstet Koldvalset uden slibning Glødet og bejdset Glatvalset Blankglødet Elektropoleret Betegnelse Betegnelse Omtrentlig ASTM A480 DIN overfladeruhed Ra (µm) 1 c2 / IIa o/iv o/iv / IV 0, / IV 0, 5 4 o/iv 0,35 4 p / V 0,30 6 q 0,2-0, 4 2D h / IIIb 0,2-1,0 2B n / IIIc 0,1-0,5 BA m / IIId 0,03-1,0 (7) p / V 0,1-0,4 20

21 Det amerikanske ASTM-system og de tyske DIN-system har begge betegnelser for overfladens kvalitet ved levering fra værk. Disse betegnelser dækker både slebne og ikke-slebne plader og et udvalg er angivet i tabel 2.2 side 20. standardisering af ruhede r Det er værd at bemærke, at kravene i ASTM A480 og DIN siger noget om, hvordan emnet er forarbejdet, men ikke meget om overfladens udseende efter forarbejdningen, udover at den skal være "blank", "mat" eller sleben til en bestem t finhed. Kun de færreste koldvalsede, rustfri plader leveres i sleben tilstand. Langt de fleste leveres efter "ASTM A480, 2B", hvo r B'et står for "bright". Lidt sjældnere leveres pladerne efte r "2D", "dull". Forskellen melem de to er, at eftervalsningen i 2B er sket på blanke valser, mens den eftervalsning, 2D-pladerne er udsat for, er sket på matte valser. Måling af ruheder Ruheder kan måles ved at benytte sig af en fin pick-up, der registrerer ujævnhederne i overfladen over en defineret længde. Derved kan man bestemme overflades Rp og Rm. Rp er profiltop-maximumhøjden, Rm er profiltop-maximumdybden, og Ry er summen af de to. Dette er illustreret nedenfor i figur 2.3 : Figur 2. 3 Overfladeprofil med angivelse af R P, Rm og R, som er profilen s maximum højde) Et enkelt bjergs max.højde siger imidlertid ikke meget om resten af landet, så en mere almindelig og mere brugbar teknik er at bestemme "profilens aritmetiske middelafvigelse", Ra, der findes som en vægtet middelværdi mellem alle de topp e og dale, som ruhedsmåleren passerer under målingen. Ra er derfor altid er mindre en R. Ra måles i mikrometer, gm, og en normal, koldvalset, værksbejdset, rustfri ståloverflade (2B) kan have en Ra på omkring 0,3 gm. Profiler af bjerglandskabern e 21

22 Ruhedsmålingen varierer oftest en del med forarbejdningen af stålet. Kører man en pick-up hen over en grammofonplade, er der trods alt forskel på at trække pick-up'en med rillerne eller på tværs af rillerne. Målingerne skal derfor altid foretages i den retning, der giver størst ruhed. Referencelængde Målingen skal udføres over en nærmere bestemt reference - længde, som afhænger af Ra. For Råer mellem 0,1 og 2,0 gm er referencelængden i DS/ISO 4288 fastlagt til 0,8mm. For at maximere målesikkerheden specificerer samme standard endvidere, at der skal foretages fem målinger efter hinanden med samme referencelængde, hvorefter Ra findes som et gennemsnit af de fem. Yderligere beskrivelse af definitioner o g forhold omkring overfladeruhed er angivet i bl.a. DS/ISO 4287/1 (nov.1986, [6]) og DS/ISO 4288 (nov.1986, [7]). 2.3 Topografie n Selve målingerne af Ra, Rp, Rm og Ry siger noget om højdeforskellene mellem top og bund på overfladen, men til gengæl d ikke meget om, hvordan overfladen ser ud. Overflader me d samme Ra-værdi kan se overordentligt forskellige ud, og fo r at få et mere præcist billede af overfladens tilstand er det derfor almindeligt at få optegnet en profil over overfladen s bjerglandskab, topografien, under ruhedsmålingerne. Figur 2.3 ovenfor viser faktisk en sådan profil, og yderligere fire eksempler på profiler fra rustfri ståloverflader ses i figur 6. 5 fra kapitel 6. Profilen giver et langt bedre billede af, hvordan Ra-værdien er opstået, end selve det nøgne tal for R a, og det bemærkes fra figur 6.5, at profilen af det slebne emne er langt mere ujævn end profilen af en 2B-overflade. Betydning af ruheden Ruhedsprofilen har stor betydning både funktionelt o g kosmetisk. En overflade med jævnt afrundede bakker vil al - tid være at foretrække fremfor en overflade med skarpe kanter. Ikke nok med at de afrundede bakker ser lidt blanker e ud. De har også mindre tendens til at opsamle skidt fra miljøet, hvilket gavner korrosionsbestandigheden. Topografien har også stor betydning ved slidpåvirkninger. Her er det afgørende, hvor stor "bærefladen" er, når toppene er slidt væk, og en blød profil giver normalt større bæreflade, når de spidseste toppe er slidt væk, end tilfældet er for den 22

23 skarpe profil med samme R a. Ønskes et lavt slid, er en blø d profil derfor at foretrække. M.h.t. profilens betydning for kosmetikken er det værd at bemærke, at rustfrit stål p.g.a. kromoxiderne er ekstremt optis k aktivt, og selv små forskelle i overfladeprofilen kan få overfladen til at tage sig helt anderledes ud. Dette ses ved bejdsning af anløbne overflader, hvor de steder på overfladen, hvor der har siddet oxider, ofte ser matte og lysegrå ud efter bejdsning. Dette skyldes sjældent en stor forøgelse af R a, men snarere en ændret topografi. Kosmetisk ruhed Råværdien alene giver således ikke nogen fyldestgørend e karakteristik af overfladens udseende, så er det muligt, bø r en profil af overfladen vedlægges. Der findes ingen standarder til at adskille stål efter deres profiler, men generelt skal materialets ruhedsprofil være så afrundet som muligt. Slidstyrken 2.4 Endnu en faktor til karakterisering af en overflade er den s slidstyrke. Slidstyrken af et materiale er i høj grad knyttet ti l materialets hårdhed, og normalt er det sådan, at jo hårdere et metal er, jo bedre er dets slidstyrke. Slid er dog ikke kun et spørgsmål om selve metallet, men også om den modpart, metallet slides mod, mediet og temperaturen. Ved rustfrit stål skal man specielt være opmærksom på stålets modpart, især hvis der er tale om endnu et rustfri t stålemne. To rustfri stål med samme struktur (f.eks. austenitaustenit) vil give anledning til alvorlige rivninger, hvilke t skyldes, at oxidlaget fra det ene rustfri stål under trykpåvirkningen binder (koldsvejses) til oxidlaget på modparten, o g når de to parter forskydes fra hinanden, rives oxidlagene i stykker. Dette kan give alvorligt slid. Der kan derfor ofte være behov for at måle slidstyrken for en materialekombination i et bestemt medie. Der findes flere forskellige standardiserede metoder til slidundersøgelse r (pin-on-ring, block-on-ring, pin-on-disc etc.), og fælles for dem alle er, at testen foregår ved at presse den ene, roterende part mod den anden, der som oftest er fixeret. Rotationsha - stighed og fladetryk skal være konstante og naturligvi s kendte, og slidbestandigheden kan efter et kendt tidsrum evalueres i form af materialetabet for hver part hver for sig. Målinger af slidstyrke 23

24 2.5 Farven Endelig er der farven af metallet. Alle ovennævnte faktorer er i høj grad knyttet til metallets funktion, mens farven, so m er det, man umiddelbart først lægger mærke til, næsten altid har en ren kosmetisk betydning. For rustfrit stål og nikkellegeringer er der sjældent de store valgmuligheder m.h.t. farve, men det er der til gengæld ved titan, som v.hj.a. anodisering kan få stort set hvilken som helst farve, man måtte ønske. Dette er yderligere beskrevet i kapitel 6. Imidlertid har farven af oxidlaget ikke den store betydning for titanens funktion, hverken når det drejer sig o m korrosionsbestandighed eller styrke, og anodisering bruges derfor primært som kosmetisk overfladebehandling. Referencer : [1] ISO-Standard (E). [2] NDE-Ståbi. [3] ISO-Standard 6507/1. [4] ISO-Standard 6507/2. [5] Metals Handbook, Vol. 3, 9th ed. (1980) [6] DS/ISO 4287/1 (nov.1986 ) [7]DS/ISO 4288 (nov.1986) [8]ASTM A 480/A 480 M (1990) [9] DIN (1985 ) 24

25 Overflade og korrosionsbestandighed 3 De fleste er bekendt med, at korrosionbsbestandigheden a f rustfrie stål skyldes dannelsen af et ganske tyndt oxidlag på overfladen det såkaldte passivlag -, og at opretholdelse n samt egenskaberne af dette passivlag er forudsætningen for at de rustfrie stål får en tilstrækkelig levetid under indflydelse af de omgivelser, de er udsat for. Passivlaget dannes fra det stål, der findes på overfladen a f den rustfrie genstand eller konstruktion, og det er sålede s sammensætningen og tilstanden af dette stål, der bestemme r om et tilstrækkeligt stabilt lag kan dannes, samt hvilken sammensætning og form det får. Samtidigt vil overfladetopografien være medvirkende til dannelsen af det kemiske mikro - miljø, der er i umiddelbar kontakt med ståloverfladen, o g som dermed påvirker passivlagets stabilitet. Det kan derfor ikke overraske, at varierende overfladetilstand samt forskellige former for overfladebehandling a f rustfrit stål har indflydelse på stålets korrosionsbestandighed. Dette gælder ikke mindst hvor der anvendes stål, de r udfra sin sammensætning kun lige netop er korrosionsbestandigt i de aktuelle omgivelser, og det gælder især i chloridholdigt miljø, hvor det drejer sig om at undgå forskellig e former for lokaltæring. Ganske mange korrosionsskader indenfor rustfri beholder - og anlægsbyggeri viser, at skaderne ofte skyldes lokalt reduceret korrosionsbestandighed på grund af overfladefejl for - ureninger og oxidbelægninger, ofte i nærheden af svejsninger, samt mekaniske defekter i overfladen. Disse skader kan undgås ved at retablere overfladeforholdene til det optimale ved en passende overfladebehandling inden anlægsdelene sættes i drift. En given rustfri ståltype har sin optimale korrosionsbestandighed med en metallisk ren, glat overflade på et stålmateriale med en ensartet kemisk sammensætning og en velkontrolleret og ensartet struktur. 25

26 3.1 Overfladefejl kan danne spalter Korrosionsbestandighed i forbindelse med mekaniske defekte r Afhængigt af hvordan overfladen er blevet påvirket i forbindelse med håndtering og forarbejdning, kan der på overfladen forekomme forskellige former for mekaniske defekter i overfladen. Dybe furer kan forekomme ved uhensigtsmæssi g slibning, og spalter og overlap kan for eksempel forekomm e på dårligt udførte svejsesømme, hvor der har været problemer med flydningen af svejsemetallet. Alle disse defekter vi l kunne fungere som spalter, hvor spaltekorrosion kan opstå. Disse bliver således de svageste steder i konstruktionen, hvis den i øvrigt er spaltefri. Andre muligheder for overfladefejl kan være i forbindels e med påsvejsning af midlertidige støtte- eller forstærknings - elementer f. eks. kryds. Når en beholder i løbet af opbygningen har fået tilstrækkelig stivhed, fjernes krydsene igen. Her er det vigtigt, at de uregelmæssigheder, der er opstået ve d befæstigelsen af krydsene, udbedres, da de ellers kan føre ti l korrosionsfølsomme områder. Fig. 3.1 viser begyndende korrosion ved et sådant område, der ikke er blevet udbedret. Figur 3. 1 Begyndende korrosion ved over - fladedefekt, hvor støttekryds ha r været påsvejst Overfladefejl kan sågar være leveret fra værk i form af overvalsninger i plademateriale. Sådanne fejl bør dog ikke forekomme og er grundlag for reklamation. Dette fordrer imidlertid, at fejlene erkendes inden materialet anvendes. Det er især almindeligt 18/8 stål, der er følsomt for denne type defekter, hvor molybdænholdige stål med deres større 26

27 bestandighed mod spaltekorrosion er mindre følsommme. Der er dog set skader som følge af denne type defekter på f.eks. AISI 316, hvor overfladedefekterne er blevet afgørende, fordi materialet er anvendt i et miljø, hvor marginen i korrosionsbestandighed har været lille. Korrosionsbestandighed i forbindelse med svejsning 3.2 Svejsning medfører, at materialet i svejsefugen opvarmes til Anløbninger reducerer korro - langt over 1000 C, og som følge heraf vil materialet i umid- sionsbestandighede n delbar nærhed af svejsningen udsættes for en temperaturprofil fra omgivelsestemperaturen op til smeltepunktet. Selve svejsningen vil ved de forhøjede temperaturer være beskytte t mod påvirkning fra luftens ilt af enten beskyttelsesgas eller slagge fra elektrodebeklædning, men overfladen ved siden af svejsningen og på rodsiden udsættes for luftens ilt, og vi l som følge heraf reagere med ilten (oxidere, anløbe). Dett e kan ses ved at overfladen misfarves, hvilket skyldes dannels e af tykkere oxider end de tynde lag, der betinger korrosionsbestandigheden af de rustfrie stål. Anløbningens art og om - fang er afhængig af såvel temperaturniveauet som tiden. Ved høj temperatur (1000 C) dannes tykke sorte belægninger, medens der ved lavere temperatur dannes tyndere belægninger, der farver overfladen gul og blå ved interferens. På figur 3.2 er vist indholdet af jern, chrom, nikkel og silicium i oxidla g dannet under forskellige omstændigheder. Til sammenligning er vist et oxid, svarende til oxidation af stålets komponenter (støkiometrisk oxid). Det ses tydeligt, at oxidlaget ha r jern n chro m nikke l silicium Figur 3. 2 Oxidtyper på rustfrit stå l (AISI 304 ) stokiometr. ox.900 C Oxidtype ox.200 C luftpassiv bejdset passiveret 27

28 forskellig sammensætning, afhængigt af under hvilke omstændigheder det er dannet. Således har de oxidlag, der er dannet ved forhøjet tempera - tur, et stærkt forhøjet chromindhold og næsten intet silicium - indhold, medens oxider dannet efter bejdsning og passivering ligner hinanden meget. Strukturen er også forskellig, og tilsammen betyder det, at de belægninger der er dannet ve d oxidation ikke er egentligt beskyttende. De må således fjernes for at gøre plads for dannelse af egentlige passivlag. Gøres dette ikke, vil især områderne ved den varmepåvirkede zone (oxider dannet ved C) være meget følsomme for grubetæring i chloridholdigt miljø. Man bør være opmærksom på, at behovet for fjernelse af disse oxider, mo d forventning, er størst i mildt korrosive miljøer, f.eks. vandtyper, medens stærkt sure miljøer kan have en selvbejdsende effekt, således at oxiderne kan fjernes under drift. Man kan dog ikke altid regne med denne gunstige effekt. Synlige oxider skal fjernes Tykke, sorte belægninger dannet ved høj temperatur ( C) er ikke i sig selv beskyttende, idet de kan skalle af, efterladende en ståloverflade med nedsat chromindhold i overfladen. Oxiderne og det underliggende metallag bør derfor fjernes ved bejdsning. De er imidlertid kemisk ganske resistente, og kræver ikke alene kemisk meget aktive kemikalier (bejdsemidler) for at blive opløst eller løsnet, men kan også kræve ganske lange bejdsetider for at blive fjernet. Det kan derfor ved tilstedeværelse af sådanne kraftige oxidla g undertiden betale sig, at fjerne disse mekanisk (sandblæsning, glasblæsning) før man foretager bejdsning til retable - ring af korrosionsbestandigheden, eller man kan effektivisere bejdseeffekten ved børstning eller lignende. Tyndere oxidlag, strågule til brunlige, er ikke tætte og derfo r ikke beskyttende. Korrosionsforsøg i chloridholdigt vand vi - ser, at korrosionsbestandigheden er betydeligt reduceret ved dannelse af disse forholdsvis tynde lag. Figur 3.3 viser resultater af korrosionsprøvning af rustfrit stål SS 2333 svejst me d stigende indhold af ilt i beskyttelsesgassen. Prøvningen er udført som bestemmelse af CPT værdien (den kritiske pitting temperatur), som er den temperatur, der skal overskrides før grubetæring (pitting) indtræder under de pågældende prøvningsbetingelser. Prøvningen er udført i vand med varierende chloridindhold. Det ses, at ved lave iltindhold er der en beskeden reduktion af CPT-værdien, men at der ved iltind - 28

29 hold over 50 ppm i gassen optræder en betydelig reduktion i CPT-værdien. Over dette iltindhold bliver den varmepåvirkede zone tydeligt brunlig og senere blålig. Det ses også, at reduktionen af korrosionsbestandigheden bliver kraftigere j o højere chloridindholdet i vandet er. C Figur 3. 3 Oxidationsgradens indflydelse på CPT-værdien af SS 2333 i chloridholdigt vand (+300 mv SCE ) Ilt pp m Overfladeforhold som overfor beskrevet gælder ikke alene i forbindelse med tilsigtet svejsning, men er også tilstede i for - bindelse med tændsår og svejsesprøjt ved siden af svejsningen. Sådanne skal således undgås eller retableres som selv e svejsningen for at undgå reduceret korrosionsbestandighed. Korrosionsbestandighed og overfladetilstand Ovenfor er beskrevet, hvorledes specifikke påvirkninger a f overfladen, mekanisk som termisk, kan ændre korrosionsbestandigheden af bestemte områder af en rustfri konstruktio n i forhold til ståltypens nominelle korrosionsbestandighed. Den generelle overfladetilstand under drift har dog også indflydelse på, hvordan en given ståltype opfører sig. 3.3 Ud fra forestillingen om dannelsen af passivlaget på overfladen er det indlysende, at de ideelle driftomstændigheder fo r rustfrit stål er forhold, hvor overfladen kan holdes ren og hvor mediet til stadighed er i bevægelse. Så længe disse for - hold hersker, udsættes ståloverfladen for det miljø, som de t er tiltænkt, og som det er bestandigt overfor. 29

30 Hvis der forekommer aflejringer på overfladen, kan der under aflejringerne udvikle sig ændringer i det miljø, der er i direkte kontakt med overfladen. Ændringen sker i retning a f højere chloridindhold og lavere ph-værdi. Dette bliver såle - des mere og mere korrosivt og kan føre til lokalangreb (til - dækningskorrosion). Samme effekt gør sig gældende i forbindelse med afsmitnin g af sort jern på den rustfrie overflade. Når overfladen udsættes for et vandigt, neutralt miljø, begynder jernet at korrodere under dannelse af rust. Under atmosfæriske forhold er de t som regel kun et kosmetisk problem i form af rustpletter elle r streger som dog kan være generende -, men hvis stålet er neddykket i vand, forbliver de uopløselige korrosionsprodukter fra jernet på overfladen, og hvis vandet ydermere er chloridholdigt, kan der udvikles tildækningskorrosionsangreb på det rustfrie stål som ovenfor beskrevet. Rengøring gavner bestandigheden Det er derfor naturligt, at en given rustfri ståltype ofte vi l kunne modstå mere korrosive miljøer, f. eks. i form af højere chloridindhold eller højere temperatur, under forhold, hvo r overfladerne rengøres jævnligt som f. eksempel i levnedsmiddelindustrien. Ved rengøringen, der ofte foretages med basiske rengøringsmidler, fjernes aflejringer, ligesom udviklede lokalmiljøer fjernes eller neutraliseres, inden de når a t blive farlige. Dette er baggrunden for, at man i denne sektor kan se almindeligt 18/8 stål anvendt i forbindelse med forholdsvis høje chloridkoncentrationer. 30

31 Mekanisk overfladebehandling 4 Indledning Mekanisk overfladebehandling af rustfrit stål, d.v.s. en ændring af overfladens mekaniske-topografiske egenskaber, ud - føres altid med henblik på erhvervelse af funktionelle og/eller kosmetiske egenskaber. Disse egenskaber kan ikke skarpt adskilles, idet positive og negative følger af mekanisk bearbejdning må vurderes i for - hold til overfladekvalitet før bearbejdning. Eksempelvis kan en overfladebehandling, der resulterer i en ruhedsændring, have såvel positiv som negativ indflydelse på korrosionsbestandigheden af den oprindelige overflade. Det skal imidlertid understreges, at såfremt rustfrit stål i en given situation er valgt på grundlag af dets gode korrosionsegenskaber, vil en - hver mekanisk bearbejdning uden efterfølgende bejdsning på en værksleveret bejdset og koldvalset plade (2B efte r ASTM A480) kun kunne påvirke korrosionsbestandigheden i negativ retning Mekanisk overfladebehandlin g kan kun påvirke korrosionsbestandigheden af en værkslevere t bejdset og koldvalset plade negativt Rustfrit stål overfladebehandles mekanisk af mange grunde. Indenfor levnedsmiddel- og medicinalindustrien skal over - fladerne have lav ruhed, så de kan rengøres let og med definerbart resultat. I bil- og flyindustrien er det primære formå l at opnå øget modstand mod udmattelsesbrud, mens det i byggeindustrien oftest er visuelle krav, der definerer overfladekravene. F.eks. logos og spejlblanke facader. Visuelle krav er svære at imødekomme, da rustfri overflader er meget optisk aktive, så selv små ændringer i overfladen kan ses som pletter, skjolder eller buler, når en større overflade betragtes i det rigtige lys. Hertil kommer, at forskellige ståltyper har forskellig lød. Ferritiske stål fremstår sålede s normalt med mørkere lød end austenitiske. Som følge af denne optiske effekt kan det visuelle udfald af større overflade r ikke bedømmes på grundlag af prøveplader på få kvadrat - centimeter. Der skal større testarealer til og helst producere t så realistisk som muligt med svejsninger, tilhørende kastninger og lignende. Rustfrit stål er meget optisk aktivt 31

32 Mekanisk overfladebehandlin g udføres oftest i forbindelse me d efterbehandling efter svejsnin g Den hyppigste baggrund for mekanisk overfladebehandlin g er dog nok, at man i forbindelse med forarbejdning af materialerne, herunder svejsning, lokalt har fået forringet overfladerne leveret fra værk og ønsker at fjerne eller sløre disse defekter. Med mekaniske metoder er det på rustfrit stål, der ha r god polerbarhed, muligt at opnå en række forskellige over - flader som spejlglans, poleret, slebet, mønsterpoleret etc. I det følgende beskrives udførelse samt design- og korrosionsmæssige konsekvenser af en række forskellige metoder for mekanisk overfladebehandling. 4.2 Børstning foretages sædvanligvi s med roterende børster. Der ska l anvendes rustfri børster til børstning på rustfrit stål for at undg å jernafsmitning Ved børstning fås en blank skinnende overflade Korrosionsbestandigheden aftager med stigende ruhed Børstnin g Børstning af rustfrit stål foretages enten af kosmetiske årsager, d.v.s. for at frembringe en speciel overfladeeffekt, eller som led i efterbehandling efter svejsning. Børstning, der normalt udføres med roterende børster for a t opnå tilstrækkelig hurtigt arbejdsforløb, skal foretages med rustfri børster for at undgå jernafsmitning. Jernpartikler indlejret i rustfri overflade vil ruste ved eksponering i vand elle r fugtige omgivelser. Herved fås misfarvninger, som, hvis de ikke fjernes ved kemisk overfladebehandling, kan forårsage pitting. Ved børstning opnås en blank skinnende overflade, som ikke skyldes lav ruhed, men regelmæssige furer i overfladen de r reflekterer lyset i et bestemt mønster. Til sammenligning fremstår en bejdset overflade mat, fordi de ved bejdsningen blotlagte korngrænser reflekterer lyset tilfældigt. Da den resulterende ruhed efter børstning generelt er højere end ruheden af udgangsmaterialet, er korrosionsbestandigheden mindsket, fordi en ru overflade under atmosfæriske forhold har lettere ved at opsamle kondens, snavs og hygroskopiske salte. Under atmosfæriske forhold, hvor den korro - sive påvirkning normalt er beskeden, er dette ikke kritisk, men for at bibeholde en pæn overflade uden misfarvninge r vil det være nødvendigt med hyppigere rengøring. Under neddykkede forhold vil øget ruhed mindske bevægeligheden på overfladen. Herved øges risikoen for dannelse af mikro - skopiske lokalelementer, d.v.s. risikoen for pitting og spaltekorrosion. 32

33 Som tidligere nævnt anløbes overfladerne ved siden af svejsningerne og på rodsiderne, såfremt rustfrit stål svejses ude n eller med utilstrækkelig brug af beskyttelsesgas(dækgas) / baggas. Retablering af korrosionsbestandigheden forudsæt - ter, at såvel anløbningerne, primært chromoxider, som de t afchromede lag underneden fjernes, således at der gøre s plads for egentlige passivlag. Dette gøres ved bejdsning. Da det kan kræve lange bejdsetider at fjerne de kemisk gan - ske resistente oxider, kan det ved tilstedeværelse af kraftig e anløbninger betale sig at effektivisere bejdseeffekten ved forudgående mekanisk bearbejdning, f.eks. børstning. Det be - mærkes, at børstning alene ikke kan retablere korrosionsbestandigheden. Selv grundig stålbørstning har vanskeligt ve d at fjerne oxiderne, og det afchromede lag underneden fjernes slet ikke. Resultatet bliver, at disse områder fremstår mer e blanke, men stadig er følsomme for korrosion, og meget oft e vil man opleve, at sådanne svejsninger hurtigt bliver rustne, når de udsættes for iltholdigt brugsvand. Spændingsniveauet i overfladen stiger ved børstning so m følge af deformationshærdning. Herved induceres træk - spændinger i overfladen med risiko for spændingskorrosion, idet der ved "rivning" kan opstå mikrospalter. Risikoen, de r er størst for austenitiske stål, er dog ikke stor, fordi børstning er en mekanisk bearbejdning med lille energitilførsel. Efterfølgende bejdsning mindsker risikoen for spændingskorrosion, men dette er naturligvis ikke muligt, såfremt børstningen er valgt med henblik på erhvervelse af en blank overflade. Børstning kan ikke alene retable - re korrosionsbestandigheden efter svejsnin g Energitilførslen ved børstning e r normalt ikke stor nok til at inducere trækspænding i overflade n Slibning Slibning, der er den mest anvendte mekaniske overfladebehandling på rustfrit stål, foretages ligesom børstning enten for at ændre overfladens udseende eller som led i efterbehandling efter svejsning. I forbindelse med svejsning fjernes svejsevulster normalt med skive (vinkelsliber), hvorefter der slibes efter med bånd eller vifte. Som slibemiddel anvendes normalt aluminiumoxid eller siliciumcarbid i kornstørrelse afpasset efter opga - ven. 4.3 Slibning udføres med skive, bån d eller vift e 33

34 Slibning med skive giver sto r energitilførsel. Glødende slibepartikler kan give jernafsmitning Ved slibning med skive, hvor der fjernes meget materiale, er energitilførslen stor. Slibepartiklerne er derfor glødende, når de forlader slibeskiven, og kan brænde fast i overfladen, hvor de lander. Da chromet i slibepartiklerne brændes af, oxideres, under opvarmningen, mister de deres rustfri egen - skaber, hvorved den oprindelige korrosionsbestandighe d mindskes. Retablering af korrosionsbestandigheden kræver, som for "almindelig" jernafsmitning, kemisk overfladebehandling. Der gøres opmærksom på, at man ikke kan fjerne jernafsmitning effektivt udelukkende ved mekanisk rensning, f.eks. fin slibning, idet man risikerer, at jernpartiklerne blot "mases" ned i ståloverfladen. Deponering af slibepartikler ved slibning med skive bør derfor, i den udstrækning det er muligt, undgås ved tildækning af nærliggende overflader. Slibning med bånd eller vifte ved siden af og på svejsninger foretages dels for at etablere en overflade med topografi som det oprindelige plademateriale og dels for at retablere korrosionsbestandigheden. Slibning skal foretages til korn for at opnå omtrent samme ruhed som en almindelig glatval - set overflade, d.v.s. Ra, aritmetisk middelafvigelse, ca. 0,3 gm. Retablering af korrosionsbestandigheden efter svejsning v.hj.a. slibning forudsætter slibning ti l meget fin kornstørrelse Succesfuld retablering af korrosionsbestandigheden efter svejsning forudsætter som tidligere nævnt, at ikke blot anløbningerne, men også det afchromede lag underneden fjernes. Korrosionsbestandigheden stiger derfor i takt med, a t der fjernes mere og mere materiale, svarende til at der slibe s til finere og finere kornstørrelse. Elektrokemiske bestemmelser af korrosionsbestandigheden efte r fjernelse af anløbninger v.hj.a. forskellige mekaniske overflade - behandlinger Svenske forskere har eftervist dette ved elektrokemiske bestemmelser af pittingpotentialet af rustfrit stål af typen AISI 316 i saltopløsning (Ref. 1). Med henblik på at opnå en overflade med an - løbninger som den varmepåvirkede zone ved svejsning, blev emnerne inden eksponeringen i saltopløsning udglødet ved 1050 C i 5 minutter, hvorefter det dannede oxidlag blev fjernet v.hj.a. forskellige mekaniske overfladebehandlinger med og uden efterfølgende bejdsning. Resultaterne af disse korrosionsundersøgelser e r gengivet i uddrag i tabel 4.1 og figur

35 Tabel 4.1 Overfladebehandling, overfladefinish og pittingpotential E P for anløbne AISI 316-overflader i 0,1M NaCl ved 25 C. E p defineret so m potential ved strømtræk 10iA/cm 2. Badbejdsning er foretaget me d kongevand (48% w/w HCI og 7% w/w HNO 3, 60 C, 5minutter). Overfladebehandling Ra (µm) Ry max(µm ) R a/ry max E P (mv SCE) i 0,1M NaC l Sandblæsning 1,9 14 7, Børstning 3,0 20 6, Slibning, korn 36 4,4 41 9,3 4 0 Slibning, korn 36 og badbejdsning 2,6 16 6, Slibning, korn 120 2,6 22 8,5 9 5 Slibning, korn 220 1,4 11 7, Slibning, korn 22 0 og badbejdsning 1,4 10 7, Slibning, korn 360 0,07 1,1 15,7 330 mv SC E 800 Slebe t Slebet og bejdset Figur 4. 1 Afbildning af udvalgte forsøgs - data fra tabel Slibning med kor n Af tabel 4.1 og figur 4.1 fremgår det, at der er en sammenhæn g mellem fin slibning og højt pittingpotential, d.v.s. god korrosionsbestandighed. Desuden bemærkes det, at slibning til korn 36 ef- 3 5

36 terfulgt af bejdsning giver højere pittingpotential end slibning ti l korn 360 uden efterfølgende bejdsning, og at sandblæsning o g børstning giver meget lave pittingpotentialer. Specielslibninger Slibning øger ruheden og frilægger inclusioner Slibning udføres tit af kosmetiske grunde. Oftest ønskes blo t en glat slebet overflade, men undertiden ønskes en mere karakteristisk overflade som f.eks. rondelslibning, facetslibning etc. Disse specielslibninger, der, såfremt udgangsmateriale t er en 2B-plade, nedsætter overfladens korrosionsbestandighed, udføres dels af arkitektoniske årsager og dels for at skjule smådefekter i overfladen og/eller for at give større rustfr i overflader ens udseende. Af fig. 4.2 fremgår, at det ved slibning er muligt at reducer e ruheden for en 2B-plade. Det er imidlertid en besværlig og dyr proces, der med henblik på erhvervelse af bedre korrosionsbestandighed ikke kan anbefales, da den bejdsede plad e har optimale korrosionsegenskaber, d.v.s. en glat profil med ganske få spalter. Ved slibning mistes den glatte profil. Desuden frilægges inclusioner i stålet, som ellers var fjernet ved bejdsningen. Disse forhold kan ses på fig. 4.3, der viser to billeder taget i scanning elektronmikroskop med tilhørende overfladeprofil. a) og b) viser en 2B-overflade før og efter slibning til korn

37 Sandstøbnin g Kokillestøbning Trykstøbning Frismedning Sænksmedning Nøjagtig smedning ~ LO O ^ O N t0 l ~ - Koldvalsning ÅW ~ Varmvalsnin g Trækning Presnin g Sandblæsning Flammeskærin g Savnin g Filing Skrabnin g Høvlin g Drejning %WdM Opnåelige ruheder i Ra i p ~'///~ //~/ÆM, tn N V o 0 t0 O l0 l ',-:l O O O ld l N n d' l0 O O O V t0 2MM~///~ IOWA WM Boring og udboring % k Fræsning 7~~ Rivnin g Rømning Slibning Lapnin g Honin g Superfinis h Polering MW \%.'%*n ~~~ M O O O ww,d 0 0 N ~ t V0o l0 lf1 vo ld O LO l!1 O O O to ln O O O N t0 N ~ l 0 V ~~. Ruheder R, ved skrubbebearbejdning og anden grov bearbejdning Ruheder R, ved normal værkstedsmæssig omhu Ruheder R, ved finarbejdning, ved omhyggeli g behandling af overfladen og ved nøjagtige metoder Ruheder R, ved drejning og udboring med diamant Overfladeruhed, benævnelser og definitioner, se DS 940 Angivelse af overfladeruhed ved trekantsymboler, se DS Angivelse ved overfladeruhed ved talværdier, se DS Figur 4. 2 Opnåelige ruhedsværdier ved forskellige ubearbejdede og bearbejde - de overflader (Ref. 2) 37

38 Profil Profi l SEM 300 X a. koldvalset SEM 300 X b. slebet til korn 32 0 Figur 4. 3 Sammenligning mellem koldvalset og slebet overflade v.hj.a. scannin g elektronmikroskop og ruhedsmålinge r 38

39 Det ses, at 2B-overfladen har en regelmæssig åben profil uden dybe furer, og at den fint slebne overflade i modsætning hertil har en uregelmæssig skarp profil med dybe furer. Da forudsætningen for en god korrosionsbestandighed er e n ensartet metallisk ren overflade, har slibningen i realiteten forringet korrosionsbestandigheden. Det bemærkes i den sammenhæng, at en vertikal sleben plade besidder bedr e korrosionsbestandighed end en horisontal sleben plade. Slebne overflader behandles sommetider med olie/fedt-produkter, hvilket gør overfladerne vandskyende og derme d uden korrosiv påvirkning. Desuden nedsættes den optiske aktivitet, således at f.eks. fingeraftryk ikke ses så nemt. Det bemærkes, at sådanne overflader skifter karakter, hvis d e ikke vedligeholdes, da olie/fedt-laget fjernes ujævnt. Da slibning p.g.a. stor energitilførsel forøger spændingsniveauet i overfladen væsentlig mere, end det er tilfældet fo r borstning, er risikoen for dannelse af mikrospalter, og der - med risikoen for spændingskorrosion, også væsentlig større. Denne risiko kan nedsættes ved efterfølgende bejdsning, men i så fald må man acceptere en mat overflade. Endvider e vil eventuelle svejsninger bliver fremkaldt og dermed synlige, selv om de er slebet af. Ved slibning til samme finish be - sidder en vertikal sleben plad e bedre korrosionsbestandighed end en horisontal sleben plad e Slebne overflader kan gøres vandskydende ved olie/fedt-behandlin g Slibning forøger risikoen fo r spændingskorrosion, idet slibning forøger spændingsniveauet i overflade n Polering 4.4 Polering bør opfattes som en fin slibning, idet det er en me- Polering bør opfattes som en fi n kanisk viderebearbejdning af slebne overflader. Der er såle- slibnin g des ingen sammenhæng mellem polering og elektropolering. Behandlingen, der foretages som håndpolering eller med roterende polerskiver, udføres med et polermiddel, som f.eks. kan være aluminium-, magnesium- eller siliciumoxid fintslemmet i vand. Til polering i laboratorier, f.eks. i forbindelse med metallurgiske undersøgelser af mikrostrukturen efter havari, anvendes sædvanligvis diamantkorn af størrelsesorden 1 gm fastholdt i en pastaagtig basis. Behandlingen involverer ofte en afsluttende voksbehandling. Herved opnås en overflade, der er både glat og vandskyend e og derfor meget korrosionsbestandig under atmosfæriske forhold. Der er dog teorier om, at den lokalt forhøjede temperatur under behandlingen i virkeligheden gør overfladen Polering foretages som håndpolering eller v.hj.a. roterend e børste r Polerede overflader kan gøres vandskyende ved voksbehandlin g 39

40 mindre modstandsdygtig, idet tykkelsen af det deformerede lag stiger med forhøjet temperatur. I modsætning til slibning, der normalt ikke stiller specielle krav til stålkvaliteten, kan polering af titan- og niobstabiliserede stål, f. eks AISI 321 (W.-Nr ) og AISI 316 Ti (W. - Nr ), volde problemer, fordi de hårde titan- og niobcarbider kan fremstå som "prikker" i den i øvrigt glatte overflade Sandblæsning udføres v.hj.a. trykluftsblæseanlæg eller slynghjulsanlæg Sandblæsning Sandblæsning udføres på samme måde for rustfrit stål som for almindeligt stål, d.v.s. v.hj.a. trykluftsblæseanlæg eller slynghjulsanlæg, jvf. fig Figur 4.4 Sammenligning af effektiviteten ved sandblæsning med henholdsvis trykluftsblæseanlæg og slynghjulsanlæg Trykluft-blæseanlæ g Slynghjulsanlæ g tttt I il Hvilken løsning der er mest økonomisk afhænger af tonnage, emnernes geometri, størrelse, vægt m.v. Et trykluftsblæseanlæg er væsentlig billigere at anskaffe end et slynghjulsanlæg, men til gengæld skønnes driftsudgiften generelt at være ca. t i gange større. Sandblæsning udføres primært i forbindelse med rengøringsopgaver Sandblæsning udføres primært for at rengøre overfladen roe - kanisk og sekundært for at sløre mekaniske beskadigelser i 40

41 overfladen, og derved opnå et pænt ensartet silkemat udse - ende af hele overfladen. Desuden anvendes sandblæsning ti l forberedelse til maling, idet det er nødvendigt med en r u overflade for at opnå en god vedhæftning. Ved sandblæsnin g er det oftest en visuel inspektion, der afgør, hvor længe et emne bestråles. Sandblæsning anvendes nogle gange som alternativ til bejdsning til fjernelse af anløbninger, men undersøgelser (Ref. 3) har vist, at sandblæsning ikke giver en optimal korrosionsbestandighed i sammenligning med en bejdset overflade. Som for slibning er problemet, at en retablering af korrosionsbestandig - heden efter svejsning forudsætter, at ikke blot oxider, anløbnin - ger, men også det afchromede lag underneden fjernes. Sand - blæsning kan imidlertid med fordel anvendes som forbehandling til fjernelse af grove oxid- og slaggebelægninger, således a t efterfølgende bejdsning kan gennemføres på kortere tid. Ved sandblæsning af almindeligt stål benyttes ofte stålsand, men p.g.a. jernafsmitning er dette kun anbefalelsesværdigt ved sandblæsning af rustfrit stål, hvis der efterfølgende ma - les eller udføres kemisk overfladebehandling. Sandblæsning alene kan ikke retablere korrosionsbestandigheden efter svejsnin g Ved sandblæsning af rustfrit stå l må blæsningsmaterialet ikke indeholde sort stål af hensyn til risikoen for jernafsmitnin g Sandblæsnings indflydelse på korrosionsbestandigheden a f rustfrit stål er generel negativ, idet sandblæsning i lighed med børstning og slibning forårsager ruhedsstigning og blot - lægger stålets indhold af skadelige sulfider, carbider m.m. Jvf. tidligere kommentarer til borstning og slibning. Hvorvidt sandblæsning inducerer trykspændinger i overfladen og dermed reducerer risikoen for spændingskorrosion, eller tværtimod inducerer trækspændinger i overfladen og i stedet øger denne risiko, afhænger af kvaliteten af blæsematerialet. Tilnærmelsesvis runde partikler inducerer trykspændinger i overfladelaget, hvorimod skarpe partikler river i overfladen, og inducerer trækspændinger med risiko for åbning af mikrospalter. I praksis afhænger disse forhold af kon - trollen med frasorteringen af ituslåede partikler og afrense t materiale fra blæsematerialet, inden dette genanvendes. Risikoen for ved sandblæsning a t inducere trækspændinger i over - fladen afhænger af kvaliteten a f blæsemateriale t Glasblæsning Glasblæsning udføres på samme måde som sandblæsning, og har sædvanligvis samme formål, nemlig at rengøre overfladen mekanisk samt at sløre smådefekter i overfladen. 4.6 Glasblæsning udføres på samm e måde som sandblæsning og ha r sædvanligvis samme formå l 41

42 Glasblæsning har mange ligheder med shot-peening, de r omtales i næste afsnit, men afviger ved ikke at stille samm e strenge krav til proceskontrol. Glasblæsning resulterer normalt i en mere glat overflade end sand - blæsning Da glasblæsning foregår med afrundede partikler, glasperler, er den resulterende overflade normalt mere glat end en sand - blæst overflade. Resultatet afhænger dog af partikelstørrelsen, således at grovere partikler, der giver en hurtigere rensning, giver en mere ru overflade. Som ved sandblæsning opnås ved glasblæsning en pæn silkemat overflade. Glasblæsning af rustfrit stål udføres normalt med partikler med e n diameter på µm. Glasblæsnings indflydelse på korrosionsbestandigheden a f rustfrit stål er ligesom for sandblæsning, børstning og slibning afhængig af ruhedsstigningen og blotlæggelsen af stålets ind - hold af skadelige sulfider, carbider m.m. Det er derfor vigtigt for resultatet, at der føres god kontrol med kvaliteten af blæse - materialet. Ved glasblæsning med blæsemateriale af korrekt kvalitet tilføres overfladen trykspændinger. Herved stiger em - nets udmattelsesstyrke og spændingskorrosionsresistens. Som andre rustfri overflader er en glasblæst overflade optis k aktiv. For at bøde på dette påføres glasblæste overflader ofte olie, hvis udseendet er afgørende. Jvf. tidligere kommentarer til slibning. 4.7 Shot-peening udføres v.hj.a. t ry k- luftsblæseanlæg eller slynghjulsanlæg Shot-peenin g Shot-peening udføres på samme måde som sand- og glasblæsning, d.v.s. v.hj.a. trykluftsblæseanlæg eller slynghjuls - anlæg. Anlægstype vælges ud fra en samlet vurdering af anskaffelsespris, forrentning, tonnage, emnernes geometri, størrelse, vægt etc. Shot-peening foretages ved at bombardere overfladen af e t emne med småkugler, 0,2-2,0mm, af glas, keramik, stål eller rustfrit stål. Alternativt anvendes arronderet trådkorn, d.v.s. klippet trådkorn, i stål eller rustfrit stål. Ved velkontrolleret shot-peening sigtes blæsemidlet for hvert omløb, i enkelte til - fælde skiftes det fuldstændigt ud, og eksponeringstiden er fastlagt ved forudgående forsøg. Idet den enkelte kugle rammer overfladen, sker der en plastisk deformation som vist skematisk på fig

43 Figur 4. 5 Elastisk og plastisk deformation ved sammenstød mellem kugl e og overflad e Plastis k zone Elastis k zone Et eksempel på en shot-peenet overflade ses i fig Det ses, at overfladen fremstår med tydelige kugleformede indtryk. Figur 4. 6 Shot-peenet overflade på stål a f typen St Uden for den plastiske zone er materialet deformeret i kom - pression. Efter rekyleringen af kuglen vil de elastiske spændinger i det omkringliggende materiale resultere i blivend e trykspændinger i den plastiske zone. Efterhånden som hel e emnets overflade rammes af kugler, vil der opbygges e t tyndt overfladelag, normalt < 0,5 mm, hvor materialet er under trykspændinger. Under dette lag følger et lag med træk - spænding for at kompensere for overfladens trykspændinger. Et eksempel på spændingsfordelingen som funktion a f afstanden fra overfladen er vist på fig Shot-peening inducerer tryk - spændinger i overfladen og for - øger derved udmattelsesstyrke n og modstanden mod spændings - korrosio n 43

44 Figur 4. 7 Spændingen efter shot-peenin g som funktion af afstanden ti l overfladen målt på en plan over - flade og i et hul 0 0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 0,200 0,225 0,250m m Distance under overflad e I modsætning til sand- og glasblæsning er shot-peening en koldbearbejdningsproces, der primært har til formål at inducere trykspændinger i overfladen, og derved forbedre de t shot-peenede emnes udmattelsesstyrke og spændingskorrosionsresistens. Shot-peening er derfor særligt egnet til konstruktioner, der udsættes for stærkt vekslende belastning. F.eks. aksler, skrue- og bladfjedre, gear, tandhjul, delkomponenter til fly og andre strukturemner, støbte- og sænksmede - de emner, sintermetal, turbineskovle, stempler etc. Shot-peeningsforsøg på FORCE Institutterne At korrekt udført shot-peening forøger spændingskorrosionsmod - standen markant, har FORCE Institutterne eftervist ved forsøg me d rustfri 100 mm stålstænger af typen AISI 304. Med henblik på a t fjerne alle restspændinger fra koldtrækningen inden spændingskorrosionsforsøgene blev stålet udglødet ved 1050 C i 2 timer efterfulgt af bratkøling i vand. Efter udglødningen blev flydespændingen (R02 ), trækstyrken (R mt) og forlængelsen (A 5 ) målt til 16 2 MPa, 576 MPa og 72%. Udvalgte resultater fra spændingskorrosionsforsøgene, afviklet i e n kogende 36% w/w MgCl 2 -opløsning (kogepunkt ved 125 C) so m beskrevet i ASTM G og med konstant belastning fra 5% ti l 35% af trækstyrken efter udglødning, d.v.s med belastning fra 28,8 MPa til 201,6 MPa, er vist i fig Heraf fremgår det, at shot-peening i det afbildede tilfælde øger spændingskorrosions - modstanden med ca. en faktor 5-6 afhængigt af shot-peening s parametrene. 44

45 time r lo p Figur 4. 8 Spændingskorrosionsforsøg me d shot-peenede og ikke shot-pee - nede AISI 304-prøver. Shot-pee- ningen er udført med pm glaskugler, 3 bar og 0,23 m m A (Almen-intensiteten på A - strips) Shot-peenede prøver Ikke shot-peenede prøver 1P % % af trækstyrke n Resultaterne i fig. 4.8 er i overensstemmelse med resultaterne a f røntgendiffraktionsmålinger (XRD-målinger) af spændingerne i overfladen på henholdsvis en shot-peenet (0,18 mm A) og en ikkeshot-peenet prøve fra samme rustfri 10 0 mm stålstang efter ud - glødning. Følgende værdier blev målt : Shot-peenet : -279 ± 52 MPa Ikke shot-peenet : -61 ± 56 MP a Som det fremgår, er den ikke shot-peenede prøve næsten spændingsfri i overfladen, hvorimod der er væsentlige trykspændinger i overfladen på den shot-peenede prøve, hvor trykspændingerne s numeriske værdi overstiger stålets flydespænding på 162 MPa. Den mekaniske rensning, der også opnås ved shot-peening, er af sekundær betydning og som oftest ikke efterstræbt. Undersøgelser har imidlertid vist, at lettere anløbninger efter svejsning kan fjernes med tilfredsstillende korrosionsbestandighed som resultat v.hj.a. shot-peening. Metoden er do g usikker, fordi det visuelle krav til shot-peening resultate t ikke er tilstrækkeligt til at sikre en effektiv fjernelse af det afchromede lag. Shot-peening er ikke en sikke r måde at retablere korrosionsbestandigheden efter svejsnin g Shot-peening kan også tjene andre formål end de nævnte. F.eks. formgivning, retning, eliminering af porøsiteter etc. For yderligere information henvises til speciallitteraturen. Shot-peening afviger fra sandblæsning og øvrige rensnings - processer gennem omhyggelig valg af, kontrol med og registrering af en lang række forskellige parametre. For yderlige - re information er det også her nødvendigt at henvise til speciallitteraturen, men for at give et overblik over omfanget og Shot-peening afviger fra sand - blæsning og øvrige rensnings - processer gennem en omhyggelig kontrol med alle betydend e parametre 45

46 komplexiteten kan i flæng nævnes procesparametre som f.eks. dækningsgrad, dysestørrelse, afstand dyse/emne, eksponeringstid, indfaldsvinkel og hastighed samt blæsemiddelsparametre som f.eks. type (densitet), størrelse, form o g hårdhed og endelig materialeparametre som f.eks. restspændinger, hårdhed deformationshærdning, fasestabilitet, over - fladetopografi, defekter i overfladen og geometriske forhold. Hvirvelstrømsundersøgelser til Kontrol af shot-peenede overflader foregår med hvirvelkontrol af shot-peening strømsundersøgelser. Metoden kan automatiseres, men de t er dog nødvendigt at kalibrere mod shot-peenede referenceemner. PEENSCAN til kontrol af shot-- peening En alternativ kontrolmetode er den såkaldte PEENSCA N proces, der er udviklet og mønsterbeskyttet af Metal Improvement Company, Inc. Ved processen oversprayes elle r dyppes emnerne i en fluorescerende væske (DYESCAN). Væsken tørrer og danner en elastisk film, inden emnern e shot-peenes. Efter shot-peening betragtes emnerne i ultraviolet lys, hvorved områder med mangelfuld dækning straks af - sløres. Reference r 1. R. Ericsson, L. Schön og B. Wallen : Effect of some oxid e removal treatments on the corrosion resistance of 31 6 stainless steel. Proceedings 8. Nordiske korrosionsmød e p.321. Helsinki DS 941, 1. udgave november H. P. Nielsen, P. Arnvig, S. M. Nielsen, M. Svan og M. Nielsen: Shot Peening til forbedring af ståls overflade - egenskaber. Korrosionscentralen København. 46

47 Kemiske metoder 5 Kemiske overfladebehandlingsmetoder til rustfrit stål sigter i det væsentlige mod at frembringe metallisk rene og passiv e overflader. De har således en væsentlig effekt i retning af a t frembringe den optimalt opnåelige korrosionsbestandighe d af en given rustfri ståltype. I dette kapitel gennemgås de en - kelte behandlingers gennemførelse og virkning. Også be - handling af nikkellegeringer og titan omtales. Dekontaminering 5. 1 Begrebet dekontaminering anvendes her for at skelne behandlingen fra passivering, som er beskrevet nedenfor, og har altså intet med fjernelse af radioaktivitet at gøre. Dekon- Dekontaminering fjerner afsmit - taminering anvendes for at rengøre det rustfrie ståls overfla- vin g de for urenheder, herunder afsmitning med sort jern. Dekontaminering kan foretages ved behandling med salpetersyre, men syrekoncentrationen er væsentlig svagere end den, der er nødvendig, når egentlig passivering skal opnås. Ofte e r koncentrationer på mellem 5 og 10% syre tilstrækkeligt. Omvendt vil en passivering også sørge for fjernelse af jernafsmitning. Dekontaminering kan dog også gennemføres med mer e håndteringsvenlige syrer som fosforsyre og citronsyre. Koncentrationsniveauet er det samme som ovenfor nævnt. Ofte vil produkter til dette formål også indeholde befugtnings - midler og komplexbindere til at holde fjernet metal opløst. Passivering Passivering er en gammel proces, der sigter mod hurtigt a t etablere et stabilt passivlag. Processen, der foregår i minds t 20% salpetersyre, bevirker også at små mangansulfidindeslutninger i overfladen bliver opløst og dermed fjernes korrosionsmæssigt svage punkter i overfladen. Desuden fjernes også eventuel jernafsmitning

48 AAA-metoden Processen er oprindeligt beskrevet i tre trin som den såkaldte AAA-metode (alkaline-acidic-alkaline) : 1. 5% natriumhydroxid, 1/2 h, C 2. 20% salpetersyre, l h, C 3. 5% natriumhydroxid, 20 min, C med grundig mellemskylning mellem trinene. De anførte koncentrationer er vægt%. I denne sekvens har den første alkalibehandling til formål at affedte og rengøre overfladen for snavs, idet overfladen ska l være ren og fedtfri for at opnå tilfredsstillende resultat. Affedtning kan også gennemføres med moderne miljøvenlige vandige affedtningsmidler, når de er tilstrækkeligt effektive. Salpetersyrefasen er den egentlige passivering. For ægte pas - sivering skal syrekoncentrationen være over 17%. Chloridindholdet i denne fase bør være lavest muligt og under 50 ppm. Der findes en række forskellige formuleringer til passiverin g med salpetersyreindhold på op til 28%. Den afsluttende alkaliske behandling er neutralisering og skylning, hvilket stabiliserer det dannede passivlag. Temperaturen har, som i så mange andre sammenhænge, indflydelse på reaktionshastigheden, hvilket betyder, at be - handlingstiden kan nedsættes, når temperaturen forhøjes. Passivering fjerner ikke anløbninger Passiveringsbehandlingen kan ikke opløse oxider dannet i forbindelse med svejsning og anden varmepåvirkning. Derfor skal disse og eventuelle svejseslagger være fjernet inde n passiveringen foretages. Dette kan gøres ved blæsning eller slibning. Også bejdsning, som er omtalt nedenfor, kan fjerne oxider, men vil give den øvrige overflade et andet udseende. Står man med en bejdset overflade, vil der sjældent være ar-. gument for at foretage en efterfølgende passivering. Passivering kan være velegnet til forbedring af korrosionsbestandigheden for martensitisk rustfrit stål, f. eks. til knive, der har begrænset korrosionsbestandighed, hvis hårdheden samtidigt skal være stor. Det mest udbredte anvendelsesområde er i øvrigt nok behandling af skruer, bolte og andre befæstigelseselementer. 48

49 Normalt foretages passivering i umiddelbar forlængelse a f fabrikationen af komponenter, men periodisk passivering kan være med til at udelukke korrosionsangreb på rustfri komponenter, der er udsat for et miljø, f. eks. chloridholdigt, hvor deres bestandighed er anstrengt. Ved passivering af klassiske automatstål med højt svovl- og Automatstål kræver kromattil - manganindhold (f.eks. AISI 303, 316 F) samt ferritiske stål sætnin g med mindre end 17% chromindhold, skal salpetersyren tilsættes 4-5% natriumdichromat (Na 2Cr 2O 7, 2H2 0) for at und - gå angreb på stålet. Da den dichromatholdige væske ogs å kan bruges til austenitiske standardstål, vil den ofte være standard hvor begge flere typer stål skal behandles. En an - den mulighed er at hæve indholdet af salpetersyre til 50%. Til gengæld kan nitriderede og karbonitrerede stål ikke be - handles uden at blive angrebet. Ligeledes må det frarådes at passivere komponenter, der er samlet ved hårdlodning, da loddematerialet hurtigt angribes af passiveringsbadet. I det hele taget betaler det sig at vær e helt klar over, hvilke materialer, der indgår i en komponent før man giver sig i kast med en passiveringsbehandling. Der er eksempler på, at kirurgiske instrumenter, der antoges fo r at være lavet af rustfrit stål, efter behandlingen viste sig a t være en kombination af rustfrit stål og forniklet messing. D a var det bare for sent, idet instrumenterne var totalt ødelagt. Som det fremgår af ovenstående, byder en passiveringsbehandling, hvor den med fordel kan anvendes på rustfrit stål, også på den mulighed at sikre, at komponenterne er udført i det rigtige materiale. Må der for eksempel ikke anvendes automatstål på grund af for ringe korrosionsbestandighed, vi l en passivering udført med moderat salpetersyreindhold o g uden chromattilsætning, give anledning til angreb og der - med frasortere komponenter med fejlagtigt materiale. Behandlingen udføres normalt ved neddypning i passiveringsbadet, men der findes også fortykkede salpetersyreholdige produkter, der kan anvendes til påføring på større komponenter, der ikke kan dyppes. 49

50 5.3 Bejdsning Formålet med en bejdsning er at fjerne anløbninger fra overfladen. Anløbningerne kan stamme fra svejsning og hæftning, men kan også være fra elektrodetænding eller slibestøv fra en skære- eller slibeskive. Bejdsning bør fjerne både oxiderne og det afchromede lag umiddelbart under oxiderne. Bejdsesyren kan således være korrosiv overfor det rustfrie stål og dermed særlig korrosiv overfor det afchromede lag, eller blot specifikt være korrosiv for det afchromede lag. Da syren også skal kunne virke nedbrydende på oxiderne, vil denne normalt være baseret på salpetersyre kombinere t med en såkaldt aktivator, som kan være flussyre eller saltsyre. De almindeligste bejdsekemikalier til fjernelse af anløbninger er : a. Salpetersyre/flussyreblandinger : % salpetersyre % flussyre % vand - temperaturområde C bejdsetid ved stuetemperatur mindst 1 time Variationsintervallet i sammensætningen sigter mod forskellige legeringer, idet syrestyrken øges jo højere legeret stålet er. Syren giver kun moderate angreb på "sundt" materiale. b. Salpetersyre/saltsyreblanding (kongevand) : % saltsyr e - 5 % salpetersyr e % vand - rumtemperatu r bejdsetid minutter Denne fortyndede kongevand er korrosiv overfor rustfrit stål, ikke mindst under stillestående forhold. Det er derfor vigtigt at påse, at overbejdsning ikke indtræder, hvilket give r anledning til begyndende grubetæring. Det er ligeledes vigtigt at syrerester fjernes effektivt, idet chloridrester kan vær e korrosive overfor det rustfrie stål. 50

51 De anførte ulemper gør, at salpetersyre/flussyre-bejdsen normalt foretrækkes frem for kongevand på trods af miljøproblemer. Denne holdning er ganske udbredt, og f. eks. senest e forslag til revision af DIN , teil 4, der omhandler anvendelse af rustfrit stål til brugsvandsinstallationer, anfører, at bejdsemidler ikke må indeholde saltsyre. Salpetersyre/flussyre-bejdse bø r foretrækkes Bejdsning hører til den mest effektive metode, når det drejer sig om at retablere korrosionsbestandigheden af en rustfri overflade. Som det fremgår af figur 4.1 genvindes korrosionsbestandigheden betydeligt hurtigere ved bejdsning en d ved slibning selv om effekten kan være forskellig på forskellige stålkvaliteter. Der er ganske mange miljømæssige problemer forbundet med bejdsning af rustfrit stål. Arbejdsmiljøproblemerne består i, at bejdsesyrerne er ætsende og således kræver personbeskyttelse. Herudover udvikles der ved bejdseprocessen giftige kvælstofilter, som personellet også må beskyttes imod. Da den brugte bejdsesyre normalt indeholder væsentlige mængder af chrom og nikkel, er bortskaffelse eller oparbejdning et miljøproblem, der skal tages hånd om. Derfor m å bejdsning betegnes som en oplagt opgave for specialfirmae r eller specialuddannede folk, der ved hvordan såvel den personlige beskyttelse som bortskaffelsen af brugt syre ska l håndteres. Bejdsning er en specialopgave Bejdseforholdenes indflydelse på bejdseresultatet Temperaturen har en betydelig effekt på bejdsehastigheden. Figur 5.1 viser bejdsehastigheden i.tm/time på SS 2333 i Figur 5. 1 Bejdsehastighed ved bejdsning a f SS 2333 i 15% HNO 3, 1% HF so m funktion af temperature n Temperatur I 30 I 40 I 50 I 60 C 51

52 15%HNO 3, 1% HF. Som det fremgår af denne, stiger hastigheden og dermed korrosionshastigheden med en faktor 2, når temperaturen stiger 10 grader. Bejdsningen foregår såle - des betydeligt hurtigere jo højere temperaturen er. Omvend t kan der blive problemer med effektiviteten ved meget lav e temperaturer, f.eks. udendørs om vinteren. Ved bejdsning i bad opløses der metal og oxider i badet under syreforbrug. Herved falder syrekoncentrationen gradvis t og metalkoncentrationen stiger. Især syreindholdet har indflydelse på badets bejdseeffekt. Et frisk bejdsebad kan ved stuetemperatur normalt renbejdse i løbet af størrelsesordenen en halv times tid (ved kraftig oxidationsgrad dog længe - re). Efterhånden som badet bliver slidt, stiger bejdsetiden, som kan nå op på et par timer Ruheden forøges Bejdsningens indflydelse på overfladebeskaffenhede n Under bejdsningen forekommer der et mindre korrosionsan - greb på overfladen, og selv om salpetersyre/flussyreblandinger ikke er så korrosive, at der er direkte problemer p å "sundt" rustfrit stål, må især en badbejdsning forventes at kunne forøge overfladens ruhed. Dette kan have betydning i situationer, hvor der stilles snævre krav om lav ruhed. Den forøgede ruhed skyldes, at bejdsesyren primært angribe r korngrænserne. Derfor har såvel bejdsesyrens sammensætning som temperaturen og bejdsetiden indflydelse på, hvor meget ruheden må forventes at stige ved bejdsningen. Jo mere korrosiv bejdse - syren er, des hurtigere stiger ruheden under bejdsningen. Tilsvarende gælder ved højere temperatur, hvor de kemiske processer, herunder korrosionsprocesserne går hurtigere. Figur 5.2 viser indflydelsen af flussyreindhold og bejdsetid på ruheden af SS 2333 ved bejdsning ved 35 C. Udgangspunkte t var en 2B-overflade. Har man således på grund af snævre krav til overfladeruheden behov for at holde ruhedsforøgelsen nede under bejdsningen, må der bejdses med svagere syre ved lavere temperatur med den tidsfaktor, der netop er nødvendig for at opnå renbejdsning. Ruhedsforøgelsen er størst på de områder, der før bejdsningen har været anløbet, og som derfor har sænket chromind - 52

53 Figur 5. 2 Ruhed på SS 2333 efter bejdsnin g ved 35 C i 15% HNO 3 med varierende flussyreindhold og bejdseti d HF 0,5 1,0 2,0 % 5 min. bejdseti d 15 min. bejdsetid 20 min. bejdseti d 30 min. bejdseti d hold i de yderste µm af materialet, og ruhedsforøgelse me d op til en faktor 3 vil kunne forekomme. Figur 5.3 viser resultater af 3 timers badbejdsning af 4 mm SS 2333 med salpeter - syre/flussyre (15%HNO3,2% HF) ved stuetemperatur. Det e r altså en rimelig lang bejdsetid. Udgangsoverfladen var 2B, og svejsning og varmepåvirket zone (HAZ) var slebet ti l korn 220. Det ses, som ventet, at ruheden stiger. Det ses også, at der ikke er større ruhedsforøgelse på den varmepåvirked e zone (der også har været anløbet), hvilket skyldes, at overfladen har været afslebet, og det afchromede lag dermed fjernet inden bejdsningen. Figur 5. 3 Ændring af ruhed ved badbejdsning af SS (4 mm, 2B). 15 % HNO 3, 2% HF, 3 timer, stuetemperatu r Grundmateriale Ubehandlet HAZ Bejdset Svejsesø m 53

54 Korrosionsfølsomme områder angribes mest Som nævnt ovenfor er bejdsesyren særligt korrosiv overfo r områder, der har reduceret korrosionsbestandighed. Dette gælder også områder, der er sensibiliseret (udfældning a f chromcarbider i korngrænserne) som følge af varmepåvirkning ved svejsning. Sådanne områder bliver korroderet langs korngrænserne under bejdseprocessen. Sensibiliserede strukturer er normalt mere følsomme overfor de påvirkninger, d e udsættes for under bejdsningen end overfor de påvirkninger, de udsættes for under drift. Dette betyder, at grader af car - bidudskillelser, der ikke vil give anledning til korrosionspro - blemer under drift, godt kan blive angrebet under bejdsningen, samt at sensibiliserede områder bliver kraftigt angrebe t under bejdsningen. Derfor bør man før bejdsningen sikre sig, at der ikke findes sensibiliserede områder, idet disse kan re - sultere i ødelæggelse af overfladen under bejdsningen. Risikoen for bejdseskader som følge af sensibiliserede område r stiger med stigende bejdsetemperatur. Figur 5.4 viser et om - råde indvendigt i en tank af SS 2333 efter bejdsning ved lov - lig høj temperatur. Det ses, at områder på begge sider af svej - sesømmen samt på et område hvor beholderpladen har væ - ret varmepåvirket er overfladen ødelagt ved bejdsningen. Det bemærkes, at på ingen af stederne var sensibiliserings - graden så høj, at man ville forvente korrosionsproblemer under drift. Beholderen har da også fungeret tilfredsstillende efter retablering af overfladen. Figur 5. 4 Tankoverflade beskadiget efte r for hård bejdsning. Bemærk, at også områder væk fra svejsningerne har været følsomme Ligesom ved passivering er der problemer med korrosions - angreb ved bejdsning af traditionelle automatkvaliteter. D a der ikke som ved passiveringen er mulighed for at afhjælpe 54

55 problemet med tilsætning af kemikalier, må det frarådes a t bejdse disse ståltyper, med mindre det ved forsøg er godtgjort, at den anvendte procedure kan sikre et tilfredsstillend e og reproducerbart resultat. Som resultat af ændret ruhed og ikke mindst ændret overfladetopografi, vil bejdsning altid have indflydelse på en rustfr i overflades udseende. Således vil afslebne svejsninger, der el - lers er helt i niveau med overfladen blive synlige ved at krystalstrukturen bliver fremkaldt. Ligeledes vil en bejdset over - flade altid fremstå forholdsvis mat i forhold for eksempel 2 B overflader, hvilket kan være af betydning, når det rustfri e stål skal anvendes, hvor der kræves et bestemt udseende. Som nævnt ovenfor vil områder, der har været kraftigt an - løbne ofte fremstå mere mat end den øvrige overflade. Denne variation i udseende er helt naturlig og som man må regne med ved bejdsede overflader. Imidlertid kan lysindfaldet, der har stor indflydelse på udseende, resultere i, at disse overflader kommer til at fremstå mørke i forhold til omgivelserne. Fænomenet giver undertiden folk anledning til at tro, at disse områder ikke er renbejdset, da de jo har været mørk e før bejdsningen. Figur 5.5 viser et sådant område efter bejdsning. Ændring af lysforholdene vil som regel godtgøre at de er renbejdset, idet områderne da vil ændre farve til det lyse - re. Det er således et rent optisk fænomen, der har baggrund i varierende overfladetopografi. Bejdsning ændrer udseende t Figur 5. 5 Område, der tidligere har været anløbet, men er renbejdset. hvorledes området skifter farve efter belysningen Bemærk 55

56 5.3.3 Påføringsmetode r Der kan anvendes en række forskellige metoder til påføring af bejdsekemikalierne. Afhængigt af hvilke emner, der ska l bejdses, samt hvor store områder på emnerne, der kræver behandling, kan metoder som cremebejdsning, pastabejdsning, risling og dypning komme i anvendelse. a. bejdsecrem e Bejdsecreme (sprøjtebejdse) er bejdsekemikalier tilsat et fast fortykkelsesmiddel for at holde dem på plads også på lodret - te flader, medens bejdsningen foregår. Bejdsecreme er dog ikke tykkere end den kan påføres med lavtrykssprøjte, såle - des at den kan påsprøjtes på større overflader. Behandlingen indledes med påføring af en såkaldt bejdseaktivator, hvilke t er et befugtningsmiddel, der skal sikre god kontakt til de n behandlede overflade. Herefter påføres bejdsecremen. Efter den ønskede kontakttid afspules overfladen med højtryks - spuler. Afspulingen kræver stor omhu for at sikre, at det fin - kornede fortykkelsesmiddel effektivt fjernes fra overfladen. Figur 5.6 viser påføring af bejdsecreme. Figur 5. 6 Behandling af overflade me d bejdsecreme Ved bejdsning med bejdsecreme foregår bejdsningen i et ganske tyndt lag af kemikalier under stillestående forhold. Dette betyder, at tilførslen af syre til overfladen som borttransport 56

57 af opløst metal er betydeligt hæmmet. Som følge heraf ka n badsammensætningen være svær at holde kontrol over især ved lange bejdsetider, hvilket kan resultere i et utilsigtet resultat i form af områdevis mørkfarvning af overfladen, der kan være visuelt uacceptabelt. I et sådant tilfælde vil om - bejdsning af det pågældende område være nødvendigt. b. Bejdsepast a Bejdsepasta ligner bejdsecreme, men er tykkere, således a t den må påføres med pensel. Den større syremængde, som påføres ved pasta, samt skrappere kemikalier, gør den egne t til lokal bejdsning af f.eks. svejsninger med kraftigere oxidlag (anløbninger). Også ved pasta er en efterfølgende grundig afspulning påkrævet. Der findes bejdsepastaer baseret på mer e håndteringsvenlige syrer end ovennævnte. Disse arbejde r imidlertid betydeligt langsommere, og kontakttider på timer er ofte nødvendigt for at opnå et acceptabelt visuelt resultat. Ved kombination af pastabejdsning og cremebejdsnin g foretages pastabejdsning af svejsesømme i et trin inden hele overfladen cremebejdses. Et nybygget apparat med bejdsepasta pålagt svejsningerne ses på Figur 5.7. Figur 5.7 Bejdsning af svejsesømme me d pasta Det er vigtigt at gøre sig klart, at ved bejdsning med pasta og creme er den syremængde, der påføres i forhold til overfladearealet, forholdsvis beskeden. Derfor er f.eks. flussyreindholdet ofte højere i pastaer, end man vil anvende til bad - bejdsning, hvor der er rigelig syremængde tilstede. Den begrænsede syremængde betyder, at syren kan blive slidt op 57

58 undervejs. Det er således god praksis at gentage behandlingen, hvis der ikke er blevet bejdset rent i løbet af en rimelig tid, og generelt er det mere effektivt at foretage to behandlinger af en vis varighed, end een behandling med den dobbelte varighed. Den begrænsede syremængde betyder også, at risi - koen for problemer med sensibiliserede områder næppe eksisterer. Den forøgede korrosionshastighed resulterer blot i, a t syren bliver tilsvarende hurtigere slidt op. c. Neddypnin g Bejdsning ved neddypning er den bedst kontrollerbare bejdsemetode, idet man her kan styre temperatur og kontakttid, ligesom der er rigelig syremængde tilstede, således at den ikke i løbet af kort tid bliver slidt op. Til gengæld kan komponenternes størrelse, f.eks. hele beholdere, sætte en grænse for om det er muligt at foretage dypning. Indvendig bejdsning af røranlæg foretages ved at cirkuler e bejdsesyre i anlægget eventuelt med varm syre for at fremskynde processen. d. Risling Indvendig bejdsning af store beholdere byder på det problem, at det er urealistisk at fylde beholderen op med så store mængder syre. For at holde syremængden nede kan bejdsningen udføres ved overrisling. Ved opretstående beholder e sprøjtes syren ud i toppen af beholderen og løber således ne d over top og svøb til bunden, hvor det opsamles og recirkuleres. Nybyggede beholdere kan liggende roteres og således kan svøbet bejdses med en mindre syremængde. 5.4 Bejdsning af nikkellegeringe r Fjernelse af oxider på nikkel og nikkellegeringer kan også foretages med bejdsning. Imidlertid omfatter nikkellegeringer - ne mange forskelligartede legeringstyper, der kræver forskellige bejdsebade afhængigt af legeringstypen. I denne forbindelse kan nikkellegeringerne inddeles i tre grupper nemlig 1. rent nikkel og varianter heraf (Nikkel 201, 270, 300 og Duranickel). 2. Nikkel/kobber-legeringer (Monel 400 og K-500). 3. Nikkel/chrom og nikkel/chrom/jern-legeringer (Inconel, Incoloy m.v. ) 58

59 Rent nikkel og varianter Nikkel og varianter bejdses i et kobberholdigt saltsyrebad be - stående af : 12% saltsyre 2% cuprichlorid 86% vand Temperatur 80 C Bejdsetid 1-2 time r Bejdsetiden er naturligvis afhængig af omfanget af oxidationen. Da badet indeholder kobber, kan det undertiden forekomme, at der fælder kobber ud på metaloverfladen under bejdsningen. I en sådan situation kan problemet løses ved at gøre badet mere oxiderende ved tilsætning af nitrat eller salpetersyre. Nikkel/kobberlegeringer Til fjernelse af tynde til moderate oxidlag på Moneltyper anvendes samme bad som til nikkeltyperne, men renbejdsning opnås på kortere tid. Hvis en blank overflade skal opnås, må behandlingen efter skylning dyppes i et bad bestående af : 15% svovlsyre 10% natriumdichromat 75% van d temperatur C efterfulgt af skylning med vand og neutralisation med 1-2 % ammoniakvand. Nikkel/chrom og nikkel/chrom/jern-legeringer Da disse legeringer (Inconel 600, 625, Incoloy 800, 825) i høj grad ligner de rustfrie stål, kommer salpetersyre/flussyre bejdsning også her i betragtning. Koncentrationsniveauet 20% HNO 3/2% HF er også det samme, så længe der er tale om høj temperaturlegeringer uden molybdæn. Ved materiale r med molybdæn, ofte på et niveau der er højere end ved d e rustfrie stål, er det nødvendigt at hæve flussyreindholdet op til 4-5% for at gøre syren aggressiv nok Ved sværere oxidbelægninger kan salpetersyre/flussyrebejdsningen ikke klare opgaven alene. Her kan det være nød - 59

60 vendigt at fjerne det meste ved blæsning inden bejdsning el - ler alternativt først at behandle oxiderne i et smeltet saltbad, hvis et sådant er til rådighed. I sidstnævnte tilfælde kan for - løbet være således : 1. Behandling i smeltet saltbad. 2. Køling og skylning med vand. 3. Bejdsning i 25% svovlsyre, 80 C. 4. Skylning med vand. 5. Behandling i 20% salpetersyre, 70 C. 6. Skylning med vand. 7. Bejdsning med salpetersyre/flussyre, 50 C Det nævnte saltbad er baseret på natrium- eller kaliumhydroxid med tilsætning af nitrat og chlorid til at styre oxidationsevnen. Behandlingstiden kan være 5-20 minutter. Temperaturniveauet afhænger af saltbadssammensætningen, men ligger i området C. Der er en række forskellig e kommercielle saltbadstyper tilgængelige. 5.5 Salpetersyre/flussyre skal være mindst 15/1 Bejdsning af titan Bejdsning af titan for at fjerne anløbninger efter svejsning o g varmepåvirkning foregår i princippet på samme måde so m ved rustfrit stål, nemlig ved bejdsning med salpetersyre/ flussyreblandinger, blot opereres med væsentligt kortere behandlingstid. Bejdsetiden er 1-5 minutter ved et temperaturniveau på C. Forlænget bejdsetid giver øget fjernelse af materiale fra overfladen. Badsammensætningen kan varieres mellem 15-40% HNO3, 1-2% HF. Det er vigtigt, at forholdet salpetersyre/flussyre e r mindst 15/1 for at undgå væsentlig brintoptagelse under bejdsningen. For a/ß-legeringer har en badsammensætning på 32,2% HNO 3/1,6% HF vist sig effektiv. Brintoptagelsen er afhængig af bejdseforhold, materialetykkelse samt legering, idet brint trænger hurtigere ind i 3-fasen. Tabel 5.1 giver en størrelse af brintoptagelsen i forskelli - ge legeringer. 60

61 Tabel 5.1 Indflydelse af legeringssammensætningen på brintoptagels e ved bejdsnin g Legering tykkelse brintoptagelse mm ppm/0,001 mm fjernet Ti a-legerin g Ti-5A1-2,5Sn (grade 6) 0, Ti-5Al-2,5Sn (grade 6) 1, a/ 3-legerin g Ti-6A1-4V (grade 5) 0, Ti-6Al-4V (grade 5) 1, P-legering Ti-13V-llCr-3A1 0, Ti-13V-llCr-3A1 1, For titan gælder som ved rustfrit stål, at overfladen skal være fri for snavs og olie før bejdsningen, hvilket kan ske ved alkalisk rensning efterfulgt af grundig skylning med vand. Kemisk polering Kemisk polering er som elektropolering (s. d.) en måde a t opnå en glat og blank overflade på rustfrit stål. I modsætnin g til elektropolering kræver denne metode ingen elektris k strømtilførsel og som følge deraf heller ingen speciel montage af de emner, der skal behandles, hvilket kan spare arbejde og anlægsomkostninger. Derudover giver den manglend e strømtilførsel også mulighed for at polere emner med huller, hulninger og recesser, som er svære at håndtere ved elektropolering. Til gengæld kan der ved kemisk polering ikke op - nås så høj glans som ved elektropolering. 5.6 Bade til kemisk polering er kommercielt tilgængelige. De e r baseret på phosphorsyre, salpetersyre, saltsyre samt organiske syrer sammen med overfladeaktive stoffer og stabilisatorer til at fremme glans og sikre lang levetid for badene. Kemisk polering hører med til overfladebehandlingsmetoder, der fremmer optimal korrosionsbestandighed. 6 1

62

63 Elektrokemisk overfladebehandling 6 Rustfrit stål, nikkellegeringer og titan er alle metaller, hvi s egenskaber i høj grad skyldes det oxidlag, der af naturlige år - sager ligger på metallets overflade. En særdeles vigtig del af behandlingen af metallerne drejer sig derfor om at modificere og forbedre overfladen, hvilket bl.a. lader sig gøre ad elektrokemisk vej. "Elektrokemisk" betyder strengt taget kun, at der overføres elektroner undervejs, så selv en bejdsning er i virkeligheden elektrokemisk. I dette kapitel vil dog kun blive behandlet metoder, der involverer brug af en ydre strømkilde. Brugen af ydre strømkilder kan igen deles op i to : en gruppe, hvor der fjernes metal, og en, hvor der lægges materiale på. Sidstnævnte gruppe er behandlet i kapitel 7, "Uorganiske Be - lægninger". I nærværende kapitel skal derfor behandles elektrokemiske metoder, hvor der anvendes ydre strømkilder, men hvor der fjernes materiale. Ydre strømkilder Elektropolering af rustfrit stål Langt den mest almindelige metode til elektrokemisk over - fladebehandling af rustfrit stål er elektropolering (eller kortere "el-polering"), og som navnet siger, er der tale om en metode, der udover at involvere elektrokemi medfører en polering af ståloverfladen. El-polering er en galvanoteknisk pro - ces, der foregår i et stærkt koncentreret syrebad, hvor emne t kobles som anode. En skitse af et sådant anlæg er vist i figur 6.1 næste side

64 Figur 6. 1 Opstilling til el-polering af rustfrit stål. B = selve badet (elektrolytten) ; A = emnet (anoden, positivt polariseret) ; K = katoder (negative); E=ydre strømkilde. Det bemærkes, at emnet er koblet anodisk i modsætning til galvanobadet, figur 7.1, hvor emnet e r koblet katodis k E Koncentrerede svovl- og fosfor - syrer E I-po I eri ng sprocessen Badet der anvendes til el-polering af rustfrit stål er typisk en stærkt koncentreret blanding af svovlsyre og fosforsyre, evt. med små tilsætninger i form af detergenter o.lign. Typiske driftsbetingelser for et bad til el-polering af de mest almindelige rustfri ståltyper ses i tabel 6.1 : 64

65 Tabel 6.1 Koncentrationer og driftsbetingelser for to forskellige elpoleringsbade til rustfrit stål. Syrekoncentrationerne er angivet i vægt - procent af den totale blanding. Som katoder anvendes normalt rustfri t stål. Bad 1 er det mest almindeligt anvendte til de almindeligste ståltyper (SS 2333, 2343), mens bad 2 typisk anvendes til de meget nikkel - holdige austenitiske stål (904L o.lign. ) Driftsparameter Bad 1 Bad 2 Svovlsyre, H 2SO % % Fosforsyre, H 3PO % % Vand ca. 10 /O ca. 15 % Driftstemperatur C C Anodisk strømtæthed A/dm A/dm2 Som det ses, er det ganske skrappe betingelser, der bruges til el-polering. De meget høje koncentrationer af især svovlsyre gør, at badet i sig selv (også uden strømkilde) fungerer ud - mærket som bejdsebad for rustfrit stål. Den elektrokemiske betydning af den påtrykte strøm er imidlertid, at det rustfri stål flyttes fra aktiv syrekorrosion helt op i det transpassive område, hvor korrosionen af metallet til forskel fra pitting foregår jævnt over hele overfladen, tilmed med en rimelig høj hastighed, og teoretiske set kan der ved A/dm2 (2-300 ma/cm2, 100% effektivitet) fjernes mellem 250 og 375 g m stål pr. time. Ved 50% effektivitet, hvilket er mere normalt, fjernes tilsvarende det halve, men stadig meget. Normalt angives el-poleringens effekt i "ampere-minutter", hvor en strøm på 20 A/dm2 i 10 minutter svarer til 200 Amin. pr. dm2. Jo højere effekten er, jo bedre nivelleres over - fladen, og jo blankere bliver stålet. Stål af typen SS 2333/2343 el-poleres normalt i 2400 Amin. Hvor meget, der skal pole - res, afhænger bl.a. af udgangspunktet, og jo grovere udgangsoverfladen er, jo længere tid skal der poleres. Generelt fungerer el-polering bedst på overflader, der i forvejen er rimeligt pæne. Transpassiv el-polerin g Amperemin utte r Det bemærkes i øvrigt, at temperaturen er rimeligt høj. Ud - over at forbedre lednings- og spredeevnen for badet (se kapitel 7.3.2, figur 7.4), er den høje temperatur faktisk en nødvendighed, da de koncentrerede svovl- og fosforsyrer er ekstremt vandsugende. Sænkes temperaturen til under 65 C, 65

66 vil syrerne suge så meget af luftens fugtighed til sig, at badets volumen vil forøges ganske gevaldigt med syreoversvømmelse til følge Aben og metallisk ren overflade Den el-polerede rustfri ståloverflad e Formålet med el-poleringen er tosidigt. Dels opnås en grundig bejdsning af overfladen, og dernæst giver processen en re - gulær poleringseffekt. Betydning af bejdsningen er beskrevet i kapitel5, men hvor en normal bejdsning vil give en let for - øget ruhed af emnet, giver el-poleringen den stik modsatte effekt. Resultatet af el-poleringen er således en åben og metallisk ren overflade, hvilket er det bedst tænkelige udgangs - punkt for dannelse af et perfekt passivlag. Poleringseffekten ligger i, at stålet langsomt skrælles af, og at det især er "toppene" af de små mikroruheder, der strippe s af. Man siger, at overfladen nivelleres, og efterhånden som nivelleringen skrider frem, og toppene fjernes, falder ruhe - den. Dette er illustreret nedenfor i figur 6.2 : Figur 6. 2 Skitse der viser polereffekten a f et el-poleringsbad set i mikroskala. Metallet strippes gradvist, men hovedsageligt fra toppen af "bjergene", hvorved ruhede n nedsætte s Figur 6. 3 Fotografi af et batteri, der spejler sig i en koldvalset, og derp å el-poleret ståloverflade (5S 2333) 66

67 Hvor blank en el-poleret rustfri ståloverflade kan blive, ses endvidere af figur 6.3, som viser et batteri, som spejler sig en el-poleret rustfri ståloverflade : Meget blanke overflade r Hvordan overfladeruheden falder med el-poleringstiden se s også af Ra. Nedenstående figur 6.4 viser tydeligt, hvordan Ra påvirkes af el-poleringen. N m 0,6-0,5-2B Siebe n Figur 6. 4 Venstre del : R a for en koldvalset 2B-overflade (SS 2333) før og efter el-polering med henh. 3, 6, 1 0 og 15 minutter ved en anodis k strømtæthed på 20 A/dm 2. Dett e svarer til henh. 60, 120, 200 o g 300 Amin. Højre del : Ra for en til - svarende sleben overflade (kor n 220) før og efter el-polering under de samme forhol d 0,4-0,3-0,2-0,1 - - el-pol el-pol mi n Det ses, at både for den koldvalsede og for den slebne overflade falder R a med el-poleringen, og det ses samtidig, at resultatet bliver bedst ved det bedste udgangspunkt, hvilke t altså er den koldvalsede plade. Til gengæld bliver den relative effekt størst ved det groveste udgangspunkt, den slebne plade, hvilket ikke er så underligt, da det trods alt er der, der e r mest at rette op på. Udover at resultere i en mindre Ra giver el-polering anledning til en ændret "overfladetopografi". Alt andet lige bliver El-polering ændrer profile n 67

68 I I "bakkerne" blødere, og dette ses af ruhedsprofilen for kold - valsede og slebne emner før og efter el-polering. Dette er vist i figur6.5 nedenfor. Figur 6. 5 Ruhedsprofilerne for fire stål af typen SS Emne A er koldvalset som leveret fra stålværket, B er en tilsvarende sleben overflade (korn 220), emne C svare r til A, men er el-poleret i 30 0 Amin. Tilsvarende svarer D til B efter 300 Amins. el-polering I 1 A L I I T, -~ I -L J- B - I I L I - ~ I I L J- C I I L J I ---I - I = I - L J- I D L I - F I I -L \i3 \ Det ses tydeligt af ruhedsprofilerne, at el-poleringen har en særdeles gunstig effekt på udglatningen af bakkerne EI-polering bejdser effektivt El-polerings effekt på korrosionsbestandighede n Som tidligere nævnt i kapitel 5 (kemiske overfladebehandling) har en rustfri ståloverflade sin maximale korrosionsbestandighed i koldvalset og bejdset tilstand. I så fald er alle urenheder renset ud af ståloverfladen, og der er derfor ikke nogen "svage punkter" tilbage, hvor korrosionen kan starte. El-polering har i den retning præcis samme effekt som en perfekt bejdsning, og efter endt el-polering er der derfor in - gen inhomogeniteter tilbage i overflade, som kan fungere som initieringssteder for korrosion. 68

69 Imidlertid har stålets overfladeruhed stor betydning for korrosionsresistensen, og normalt er det sådan, at korrosionsresistensen stiger med faldende ruhed, hvilket gælder både fo r bejdsede og ubejdsede emner. En ru overflade er mere følsom overfor opsamling af skidt og snavs og andre potentiel t korrosive produkter, og derved bliver risikoen for dannels e af lokale miljøer større. Dette har også betydning over vandlinien, hvor en glat overflade meget lettere leder vand og salt e bort, mens den ru overflade holder på stofferne. Så selvom en bejdset, rustfri overflade teoretisk set har de n maximale korrosionsbestandighed, kan overfladen faktis k forbedres ved el-polering, netop fordi ruheden nedsættes. En el-poleret rustfri ståloverflade repræsenterer derfor det abso - lutte maximum i korrosionsbestandighed - den ideelle rustfri ståloverflade. Den ideelle rustfri ståloverflad e En almindeligt udbredt misforståelse er, at det er nødvendi g at foretage en bejdsning efter el-poleringen. Dette er ikke tilfældet, og udover at man giver emnet en utilsigtet ruhedsforøgelse som følge af bejdsningen, påfører man produktionen endnu et procestrin og dermed øgede omkostninger. Eksempler på el-polering i praksis El-polering er noget nær den eneste efterbehandling af rustfrit stål, som både giver et kosmetisk attraktivt udseende o g en forbedret korrosionsbestandighed, og af den grund har elpolerings popularitet været stigende gennem de senere år. Da der er tale om en elektrokemisk proces, der kræver en vi s mængde elektrolyt af en høj temperatur for at fungere, e r processen bedst egnet til mindre komponenter, der kan dyppes helt ned i syrekarret. P.g.a. kravet om høje strømtætheder skal der anvendes e n ensretter som ydre strømkilde. Dertil kommer, at emnern e oftest skal monteres individuelt på specielle ophæng, o g samtidig skal der sikres en grundig proceskontrol (også me d de tungmetaller, der uundgåeligt vil være i badet som følge af metalopløsningen). Resultatet er, at el-polering er en noge t dyrere proces end de tilsvarende rent kemiske metoder til efterbehandling af rustfrit stål. Alligevel har processen fundet udbredt anvendelse til flere mindre komponenter indenfor den daglige husholdning, Møbler og besti k 69

70 hvilket naturligvis hænger sammen med den kosmetiske effekt. Bl.a. er el-polering blevet brugt indenfor møbelindustrien til behandling af rustfri stålstel til stole, og også til behandling af spisebestik er el-polering blevet anvendt i vid udstrækning. Som regel er det de billigere bestik, der er ble - vet el-poleret, mens de dyre bestik er blevet slebet til meget fin ruhed. Desværre for fabrikanten af det dyre, slebne besti k er det den el-polerede overflade, der har bedst korrosionsbestandighed, og man oplever derfor det paradoks, at henstan d i opvaskemaskinen kan give korrosion i de dyre knive, men s de billige holder. En slags uønsket korrosionstestning i praksis. Figur 6. 6 El-poleret isform fremstillet a f rustfrit stål af typen AISI 316. Emnet er blevet el-poleret af hensyn til at forhindre aflejringe r El-polering med små mængder syre Andre anvendelser af el-polering sker, fordi man ønsker a t drage funktionel nytte af den lave ruhed og den deraf følgen - de minimale risiko for aflejringer af salte. Et eksempel herpå er vist i figur 6.6. Emnet er en form til fremstilling af ispinde, og under drift køles den udefra af en 25% CaC12-brine. For - men er i øvrigt lavet af firmaet 0 G Hoyer, Aarhus. Også større komponenter, der ikke kan dyppes ned i el-poleringskarret, kan dog el-poleres. Det er sjældent ønskeligt at operere med de store mængder syre, det kræver, hvis hele tanken skal poleres på en gang, så ligesom ved rislebejdsning ordnes el-polering af tanke ofte ved, at man bruger en de l mindre syre end tankens volumen. Da der ved el-polering er det driftskrav, at man skal kunne trække en strøm mellem anoden (emnet) og katoderne, er e n egentlig risling ikke mulig, så oftest gør man det, at en mindre mængde syre hældes ned i bunden af tanken, hvorefte r tanken roteres rundt, så syren efterhånden kommer i kontakt med hele tanken. Figur 6. 7 El-polering af større tanke ve d hjælp af en mindre mængd e syre, der dækker hele tanken, efterhånden som den roreres rundt 70

71 En til tider uønsket "bivirkning" ved el-polering af størr e emner som f.eks. tanke er, at det grundet spejleffekten med et bliver lettere at se, hvor svøbet har slået sig under svejsningen. Endvidere skal det bemærkes, at ligesom de rustfri, svovllegerede automatstål (SS 2346, AISI 303, W.Nr ) ikke er egnede til bejdsning, er de heller ikke egnede til el-polering. Dette hænger sammen med teksturen i stålet, hvor mangansulfid-båndene vil blive selektivt opløst med et lidet attraktivt udseende til følge. Automatstål uegnede Anodisering af Titan Anodisk, elektrokemisk overfladebehandling af titan er ogs å en velkendt ting og går som regel under navnet anodisering. Processen har en del lighedspunkter med el-polering af rustfrit stål og består i, at titanen eksponeres i et stærkt svovlsyrebad, hvor metallet påtrykkes en anodisk strøm (figur 6,1). Imidlertid er formålet med anodisering et helt andet end ved el-polering. Hvor man i el-polering renser og polerer ståle t gennem en opløsning af materialet, sker der ved anodisering af titan ingen egentlig opløsning af materiale. I stedet oxideres titanen til oxid, som bliver siddende på metallet. Resultatet er således en stærkt fortykket oxidfilm. 6.2 Fortrykket oxidfil m De egenskaber, man kan opnå ved at fortykke oxidfilme n ved anodisering af titan er følgende : Dekorativ effekt. Anodisering af titan kan give flotte farver, som giver metallet et kosmetisk attraktivt udseende. Korrosionsbeskyttelse. Det fortykkede oxidlag giver for - øget korrosionsbestandighed. Slidbeskyttelse. Titanoxiderne er hårdere end basismetallet og giver tillige lavere friktion. Dertil kommer, at oxiderne ofte er så porøse, at laget kan opsamle smøremiddel og holde på det. Temperaturkontrol. Anodiseret titan har et stabilt oxidlag, som giver konstante optiske forhold og dermed også konstant termisk stråling til og fra emnet. Den effekt, der kendes af flest, er uden tvivl den kosmetiske effekt. Det er gennem de seneste otte-ti år blevet stadig mere Kosmetisk proces 71

72 almindeligt at se smykker (især øreringe) lavet af anodisere t titan, gerne med flere forskellige farver på samme emne. Også indenfor fabrikationen af briller har man med held be - nyttet sig af anodisk farvning af titan, hvilket bl.a. ses af figur (6.8) nedenfor. Figur 6. 8 Briller hvor stellet er lavet a f anodiseret titan Under anodiseringen kobles emnet som anode i et stærkt surt svovlsyrebad. De øvrige driftsparametre ses af tabel 6.2: Tabel 6.2 Koncentrationer og driftsbetingelser for svovlsyrebad ti l anodisering af titan Svovlsyre, H2SO4 160 g/l Temperatur C Katodemateriale titan Badspænding Volt Procestid 4-5 min. Som basismateriale for anodiseringen kan man både anvende ren titan (grade 1, 2 o.lign.) og legeret titan (f.eks. grade 5). Forud for anodiseringen skal titanemnet afrenses elektrolytisk, hvilket normalt foregår ved en katodisk affedtning i en stærkt alkalisk opløsning indeholdende natriumhydroxid, metasilikat, fosfat. Temperaturen er høj, C, og badspændingen 6-7 Volt med titanen koblet som katode. En så - dan forbehandling er nødvendig for at sikre et godt reultat a f anodiseringen. 72

73 Farverne af belægningen er interferensfarver, som skyldes, at lyset tilbagekastes af både overfladen af oxidlaget og selv e basismaterialet. Hvilken farve, der fås afhænger af tykkelsen af oxidlaget, og denne tykkelse kontrolleres hovedsageligt ved hjælp af badspændingen, som er spændingsforskelle n mellem anode og katode. Sammenhængen mellem badspænding og farven af emnet ses af tabel 6.3 : Interferensfarve r Tabel 6.3 Sammenhængen mellem badspændingen og titanens farv e Badspænding (Volt) Farve 6 lysebrun 15 blåviole t 20 mørkeblå 40 olivenfarvet 45 gul-grøn 55 gylde n 60 lyserød (pink ) Det ses, at høje badspændinger resulterer i farver ovre i de t gule og røde område, mens de lavere badspændinger og d e deraf følgende tyndere oxidlag giver blålige toner. Dette er tilfældet, fordi det røde lys er langbølget, mens det blå ligger i den kortbølgede del af spektret. 73

74

75 Uorganiske belægninger 7 Langt den største del af såvel rustfrit stål som nikkellegeringer og titan anvendes, fordi de i sig selv har en god korrosionsresistens. Behandles materialerne korrekt, sørger det "indbyggede", selvskabte oxidlag for, at der er en holdbar og næsten uforgængelig barriere mellem materialet og omgivelserne, og på den vis sikrer materialet sig selv mod korrosion. Er driftsbetingelserne korrosive, vil den normale procedur e ved valg af rustfrit stål være, at man vælger et tilstrækkelig t resistent stål, som i sig selv kan modstå de korrosive (elle r slidende) forhold. Et dette ikke muligt indenfor de rustfr i stål, er løsningen ofte at gå over til de højere legerede nikkelkrom-molybdænlegeringer eller titan. Er driftsbetingelserne imidlertid så skrappe, at selv en opgradering af materialet ikke er et tilstrækkeligt sikkert valg, elle r hvis det af tekniske eller økonomiske årsager ikke er ønskeligt, kan man ofte klare sig ud af problemerne ved helt at afskærme konstruktionsmaterialet fra omgivelserne. En sådan afskærmning kan foretages enten ved brug af metalliske be - lægninger eller organiske materialer i form af maling. I dett e kapitel skal kun omtales de metalliske belægninger, men s maling er beskrevet i kapitel 8. Alternativ til oplegerin g Galvanisk pålagte belægninger Når et metal er i kontakt med et korrosivt medie, er det ret beset kun overfladen af metallet, der er af interesse. De indre dele af metallet, som ikke har kontakt til mediet, har stor be - tydning for styrkeforholdene, men når det gælder korrosionsbestandighed, er det principielt ligegyldigt, hvad der e r bag overfladen. Princippet i metalpålægning i et vandigt me - die er vist i figur 7.1 næste side :

76 Figur 7. 1 Skitse af et elektrolytisk virkend e galvanobad til metaludfældning. B = selve badet (elektrolytten); K = emnet (katoden, negativt polariseret) ; A = anoder (positivt polariserede); E=ydre strømkild e E Virkemåde for galvanobad Udfældning (reduktion) af metal på katoden kræver en tilførsel af elektroner, og disse elektroner "pumpes" til katoden, K, via strømkilden, E. Elektronerne skal komme et ste d fra, og dette er anoden, A, hvor der under processen foregår en iltning (oxidation) af enten anodematerialet selv eller "no - get" i badet, f.eks. vand, der bliver til ilt. 76

77 Blandt de egenskaber, man kan opnå ad galvanoteknisk vej, er der folgende : Funktionelle og kosmetisk e egenskaber korrosionsbestandighed, slidbestandighed, ruhed, elektriske egenskaber, specifik modstand eller kontaktfor - hold, dimensionsforhold o g udseende. De fem første er alle funktionelle egenskaber, mens alle d e kosmetiske egenskaber er sammenfattet under sidste punkt. Forbedring af hårdhed og slidbestandighed Rustfri stål (og nikkellegeringer og titan) er i sig selv primær t "funktionelle legeringer", og anvendes hovedsageligt der, hvor man kan udnytte deres store, naturlige korrosionsresistens. Imidlertid findes der ofte miljøer, hvor materialet s egen resistens ikke er tilstrækkelig, og i så fald kan ydeevne n forbedres ad galvanoteknisk vej. Udover at forbedre materia - lets korrosionsbestandighed kan det for rustfrit stål, nikke l og titan komme på tale at forbedre metallets slidstyrke. Nedenfor skal behandles to af de almindeligste metoder til for - bedring af disse egenskaber. 7.2 Hårdkrom Hårdkrom er en galvanisk pålagt metalbelægning, hvis primære mål er at bekæmpe slid. Rustfrit stål er langt fra så hårdt som hærdet stål, keramiske materiale o.lign., og ska l rustfrit stål anvendes til groft slidende forhold, er det derfor nødvendigt at belægge det med et mere slidresistent materia - le. For rustfrit stål sker dette oftest ved at belægge stålet me d hårdkrom, som netop er en sådan slidresistent, metallisk be - lægning. 7.3 Hårdkrom består af rent krom, og selvom processen er gammel, har man trods alle nutidens teknologiske landvindinger ikke fundet nogen fuldgyldig erstatning for processen, so m derfor stadig er den mest anvendte af alle slidbelægninger. 77

78 Hårdkromprocesse n Hårdkrom lægges på emnet ved en katodisk, galvanisk pro - ces, d.v.s. at emnet dyppes ned i en vandig opløsning af krom, og belægningen foregår ved, at emnet påtrykkes en negativ strøm. Princippet er skitseret i figur 7.1. Badet, hvor i det foregår, er oftest en stærkt svovlsur opløsning med op ti l 400 g/l kromsyre, og som anoder anvendes bly-tin-legeringer, der let passiverer i svovlsyre. Temperaturen er C Slidstærke belægninge r Dårlig spredeevne Hårdkrombelægninge r Den udfældede hårdkrombelægning er smuk lysegrå og relativt blank, hvorimod matte eller mørke belægninger indikerer procesfejl. Lagtykkelsen for en kommerciel hårdkrombelægning kan variere en del, fra 5 til over 500µm (0,5mm), afhængig af hvor voldsomt det slid er, som skal bekæmpes gm er dog det mest almindelige. Desværre er en af de procesteknisk store ulemper ved hårdkrombelægningerne, at materialefordelingen er ekstremt uens - artet. Typisk vil det være sådan, at hjørner og kanter på em - net udmærket kan blive belagt med f.eks. 200µm hårdkrom, mens fladerne imellem ikke får mere end 30-50µm. Man si - ger, at badet/processen har en dårlig spredeevne. Dette er illustreret nedenfor på figur 7.2. Tegningen er stærkt "overdrevet", men viser alligevel udmærket princippet i hårdkrom s dårlige materialefordeling. Figur 7. 2 Tegning af gennemskårede emner, der viser materialefordelingen for hårdkrombelægninger. Belægningen er tegnet med sort, mens basismaterialet er hvidt Grundet den uensartede materialefordeling er det næsten altid nødvendigt med en efterfølgende mekanisk slibning fo r 78

79 at sikre en ensartet overflade. Dette gør sit til, at hårdkrom er en dyr og besværlig proces. En del af dette, stærkt fordyrende slibearbejde kan undgås ved at konstruere specielle anoder (figur 7.1, C), der er "skræddersyede" til emnerne. Derved kan materialefordelingen bedre styres, og slibearbejde t nedsættes. Hårdkrom er en belægning, der udfælder med enorme mængder af trækspændinger, hvilket nærmest svarer til, a t belægningen er udfældet som en spændt elastik. Disse trækspændinger er så store, at hårdkromlaget under processe n kontinuert rives fra hinanden og danner mikrorevner. Set i mikroskop ligner hårdkrom nærmest en krakeleret haveflise. Et eksempel på en hårdkromoverflade ses nedenfor i figu r 7.3 : Besværlig proce s Belægninger med spændinge r Figur 7. 3 SEM-foto af mikrorevnet hård - krom. Forstørrelse : 266 gang e Sådanne revner kan i praksis aldrig undgås, uanset hvorda n hårdkrombadet sammensættes. Imidlertid er mange små rev - ner langt at foretrække fremfor enkelte store, idet de store revner giver en uheldig kærveffekt med styrkeforingelse af basismaterialet til følge. Derfor udvikles der så vidt mulig t bade, der sikrer, at kromlaget indeholder så mange revne r som muligt såkaldt mikrorevnet hårdkrom. Slidbestandigheden hænger direkte sammen med belægningens store hårdhed. Vickers hårdheden for hårdkrombelægninger i udfældet tilstand ligger typisk på HV (100 g belastning), hvilket gør belægningen til en af de hårdeste af Slidstyrken skyldes hårdhede n 79

80 de galvanisk pålagte belægninger. Denne hårdhed er dog afhængig af temperaturen, og allerede ved 200 C er hårdheden faldet til 900 HV, 700 HV ved 400 C, 450 HV ved 600 C o g under 200 HV ved 800 C. Den øvre temperaturgrænse for anvendelse af hårdkrom som slidbelægninger ligger normal t ved 450 C. Hårdkroms høje slidbestandighed er udover den store hård - hed bestemt af det faste oxidlag, en god termisk ledningsevne, som sikrer mod for kraftig opvarmning i kontaktpunkterne, samt en høj overfladespænding, der gør kromlaget "let vandskyende". Dertil kommer, at hårdkrom på grund a f oxidlaget har en relativt lav friktionskoefficient mod andr e materialer. Friktionsforholdene er dog stærkt afhængige af miljøet og kromoxidens mulighed for at retableres. Friktionskoefficienterne mellem to hårdkromemner er således helt nede på 0,1 4 i vand, mens den er 0,4 under tørre forhold og helt oppe p å 1,5 i vacuum [2]. Friktionen er m.a.o. tidoblet fra vandige miljøer til vacuum Kemisk nikkel og hårdkrom Hårdkroms korrosionsforhol d Hårdkrom er i første omgang en slidbelægning og bruge s derfor sjældnere til egentlig korrosionsbeskyttelse. I lighed med rustfrit stål passiverer hårdkrom i de fleste medier, og i praksis gør dette, at hårdkrom er ganske resistent i de fleste, ikke-kloridholdige medier. I lighed med rustfrit stål klarer hårdkrom sig også godt i salpetersyre, men i ikke-iltende syrer som svovlsyre og især saltsyre holder hårdkrom derimod ikke. I stærkt kloridholdige medier som havvand er hårdkrom heller ikke ubetinget modstandsdygtigt, omend det kan medvirke til en god beskyttelse af ulegeret stål, såfremt stålet forud for hårdkromlaget er blevet belagt med minds t 10 µm kemisk nikkel af god, porefri kvalitet (se kapitel 7.4.2) Anvendelser af hårdkro m Hårdkrom er som nævnt en af de udpræget funktionelle belægninger og anvendes primært som slidbelægning på ud - satte dele. Eksempler på mulige anvendelser og lagtykkelse r er angivet nedenfor i tabel 7.1 : 80

81 Tabel 7.1 Eksempler på mulige anvendelser af hårdkrom som slidbelægning. Eksemplerne stammer fra Metals Handbook vol.5 [1] og Pe r Møllers kompendium om overfladeteknologi [2 ] Komponent Grundmetal Tykkelse a f hårdkrom, tm Computer printer-typer Stål 2 5 Dele til flymotorer Ni-legeringer Stempelringe til motorer Stål Cylindre til motorer Støbejern 255 Kugler i kugleventiler Messing el. stål 7,5-13 Hydraulikstempler Stål, rustfrit stål Måleværktøjer Stål, rustfrit stål Valser Stål, rustfrit stål Sprøjtestøbeværktøj Kobberlegeringer 7,5-25 Kemisk nikkel 7.4 En anden vigtig proces til beskyttelse af rustfrit stål er strøm - løs fornikling eller, som den oftere kaldes, kemisk nikkel. Belægningerne består, som navnet siger, hovedsageligt af nik - kel, og afhængig af badtype kan belægningerne indehold e større eller mindre mængder fosfor, bor eller andre ikke-metaller. Kemisk nikkel er en galvanisk proces, som til forskel fra f.eks. hårdkrom ikke kræver brug af ydre strømkilder og anoder. D.v.s. at "E" og "A" i figur 7.1 helt mangler, og i stedet er der tilsat et såkaldt reduktionsmiddel til badet, og dette middel leverer de elektroner, der forbruges under processen. Udfældningen af kemisk nikkel er derfor ikke bestemt a f ydre strømkilder og anodernes placering, og dermed undgås alle hårdkromens ulemper med dårlig materialefordeling. Når blot der er tilstrækkelig tilgang af reduktionsmiddel o g nikkel, bliver materialefordelingen ideel, og lagets tykkelse så ensartet, som det overhovedet kan lade sig gøre. Dette ses af figur 7.4, som viser materialefordelingen ved belægning af et gevind med henh. elektrolytisk glansnikkel og Strømløs udfældnin g Ensartede belægninger 8 1

82 kemisk nikkel. Bemærk den ensartede materialefordeling ved den kemiske udfældning. Kemisk nikkel er i det hele taget velegnet til belægning af komplicerede geometrier, og ef - terslibning er ikke nødvendig. Figur 7.4 Tegning af to gevind belagt me d henh. elektrolytisk nikkel (øverst) og kemisk nikkel-fosfor (nederst). Belægningerne er tegne t med sort. Bemærk den overlegn e spredeevne for den kemiske nik - ke l Fosfor- og bor-bade Kemisk nikkel, badtyper og belægninger Kemisk nikkel opdeles normalt efter det reduktionsmiddel (den drivende kraft), der er anvendt i badet. Hypofosfit, H2 PO2, er langt det mest almindelige reduktionsmiddel, og et sådant bad vil typisk indeholde 30 g/l hypofosfit og 7 g/ l Nie+ som nikkelsulfat. ph er 4,5, og badtemperaturen ligger på omkring 90 C. Udover nikkelsalt og reduktionsmiddel in - deholder badene en lang række additiver, der alle har til formål at forbedre badets og belægningens egenskaber. Belægningerne fra de sure hypofosfitbade indeholder typis k 10-13%(w/w)P mens resten er nikkel. I enkelte tilfælde kan der medudfældes et par procent af et tredje element (oftest kobber eller tin). Fosforindholdet falder med stigende ph, og neutrale NiP -bade med ph omkring 7 giver belægninger 82

83 med 6-8% fosfor, og endnu højere ph sænker yderligere fos - forindholdet helt ned til under 1%. Næst efter hypofosfit er borhydrider i forskellige varianter de mest almindelige reduktionsmidler. De mest almindelige er borhydrid og det organiske dimethyl-aminoboran. Belægningerne fra badene indeholder fra 0,1 til 5% bor (B), reste n nikkel, og generelt stiger indholdet af bor med faldende ph. Strukturen af NiP- og NiB-belægningerne er amorf, hvilket vil Struktur af kemisk nikke l sige, at der ikke som ved metallerne er nogen ordnet struktur, men at atomerne ligger rodet rundt mellem hinanden, l i gesom det er tilfældet i væsker og glas. Kemisk NiP og Ni B kan derfor med lidt god vilje ses som en ekstremt tyktflydende væske. Dette kendes også fra vinduesglas, og amorfe, ke - miske nikkelbelægninger kaldes derfor ofte metalglas. I mod- Metalgla s sætning til hårdkrom fælder NiP som regel ud med trykspændinger. Kemisk nikkel som korrosionsbeskyttelse Kemisk nikkel og især NiP er primært en anti-korrosionsbelægning og er i uhærdet tilstand ekstremt korrosionsresistent og er i stand til at modstå næsten alle medier incl. havvand og stærke baser. NiP er i sig selv ædelt, og resistensen skyl - des derfor ikke (som rustfrit stål), at der er tale om en egentlig passivering. En yderligere faktor, der spiller ind ved bru g af NiP som korrosionsbeskyttende belægning er, at den e r meget poretæt, hvilket vil sige, at der er få "huller" i belægningen. Dette er vigtigt, når NiP lægges på et mindre ædel t basismateriale, da der i modsat fald kan ske alvorlig galvanisk korrosion i "hullerne". Lagtykkelse for NiP til korrosionsbeskyttelse ligger typisk på µm Ædle og poretætte belægninge r Korrosionsresistensen afhænger af P-indholdet, og generel t fås den maximale bestandighed for 13-14% P. Der er do g grænser, og NiP holder mindre godt i stærke, iltende syre r som salpetersyre, hvor rustfrit stål uden nogen belægning holder bedre i sig selv. I chloridholdige medier og især i saltsyre er NiP bedre end de fleste rustfrit stål, og der er eksempler på, at en 25.tm NiCuP (1% Cu) med sort stål som basismateriale kan holde til en 50% koncentreret saltsyre (18%(w/w) HC1) i 3 uger ved stuetemperatur uden andet e n svag misfarvning. Kemisk nikkel bør dog ikke anvendes ti l langtidskontakt med så stærke, chloridholdige syrer, da NiP - 83

84 lagets begrænsede lagtykkelse resulterer i korrosion før elle r senere. En i praksis overordentlig korrosionsresistent kombination, når det gælder marine forhold, fås ved at belægge stålet med Kemisk nikkel/hårdkrom først kemisk NiP og derpå hårdkrom (om muligt endnu bed - re med et tyndt mellemlæg af spændingsneutralt kobber). Kombinationen af NiP's ædelhed og poretæthed og hårdkroms passiverende overflade og offeranodeeffekt giver en overordentligt god resistens i havmiljøer også i neddykket tilstand. NiB-belægningerne er generelt mindre korrosionsresistente end NiP og anvendes derfor sjældent til egentlig korrosionsbeskyttelse Hårde belægninger Kemisk nikkel som slidbelægning Ikke-varmebehandlet kemisk udfældet NiP har sin maximale hårdhed ved lavt fosforindhold, og belægninger med 3% ha r normalt en Vickers-hårdhed på over 600 HV i nyudfældet tilstand. Til sammenligning kan siges, at rent, valset nikkel ligger på ca. 150 HV ved stuetemperatur. Kemisk udfældet nikkel-fosfor kan endda ved opvarmning hærdes yderligere. Ved denne opvarmning overgår legeringens amorfe struktur langsomt til en krystallinsk struktur. Den maximale hårdhe d på op mod 1100 HV er rimeligt uafhængig af legeringens fos - forindhold og fås ved opvarming til C i en time (11% P). Højere hærdningstemperaturer giver kortere hærdetider. Hærdningen skyldes en begyndende dannelse af krystallinske nikkel-fosfider, men giver til gengæld reduceret korrosionsbestandighed. NiB er hårdere end NiP, og i nyudfældet tilstand vil NiB typisk ligge på 700 HV. Ved en efterfølgende varmebehandling ved C kan hårdheden nå helt op på 1400 HV. Derudover udmærker NiB sig ved at være let at lodde på, hvorfo r belægningen har stor relevans i elektronikindustrien. Kemisk nikkel med partikler P.g.a. hårdheden anvendes NiP og især NiB i udstrakt grad som slidbeskyttelse. Yderligere slidbestandighed fås ved at benytte kemisk nikkel som dispersionsbelægning. Det vil sige, at der til et NiP-bad tilsættes store mængder fine partikler af f.eks. carborundum (SiC), TiC, TiN, Al2O 3 eller diamant (!) ti l badet, hvorved partiklerne indbygges i belægningen samti- 84

85 dig med, at den kemiske nikkel udfældes. Typisk indeholder belægningen 10-20% slidpartikler og resten NiP. Ved at ind - bygge sådanne meget hårde slidpartikler i belægningen op - nås endnu bedre slidegenskaber for emnet, hvorimod de hår - de partikler kan give et stærkt forøget slid på modparten (som sandpapir!). Sådanne partikelholdige NiP-belægninger e r derfor bedst egnede til funktioner, hvor det er vigtigt, at den ene part ikke slides, mens det ikke gør noget, om den ande n part bliver slidt. Et eksempel på NiP med dispersionspartikler ses i figur 7.5 : Dispersionspartike l NiP- belægnin g Basismaterial e Figur 7. 5 Tegning der viser, hvordan partikler kan bygges ind i en kemisk nikkelbelægnin g En helt speciel, næsten friktionsfri belægning fås ved at ind - fælde 10-20% Teflon (PTFE) i NiP-matrixen. Teflon er et lav - friktionskunststof, og derved fås en belægning med selvsmørende egenskaber. NiP-Teflon-belægninger behøver ikke olie og anvendes derfor til f.eks. medicinsk udstyr, hvor olie ikk e kan tillades. Økonomien i kemisk nikkel Kemisk nikkel er på mange måder den ideelle galvanotekniske belægning, da der næsten ikke er grænser for, hvad be - lægningen kan præstere. Eneste virkelige ulempe er prisen. Badene er dyre i udvikling og anskaffelse, og gode NiP-belægninger kan let overstiger 1000 kr pr. kg udfældet NiP. Ni B er endnu dyrere, hvilket hovedsageligt skyldes, at kemikali - erne er dyrere. Dernæst kommer, at alle typer kemisk nikke l kræver ekstremt omhyggelig kvalitets- og proceskontrol, hvilket indebærer jævnlig kontrol og justering af badets ind Dyre belægninge r 85

86 hold af nikkel, reduktionsmiddel og additiver samt ph, temperatur etc. 7.5 Besværlige emner Afdækning Specielle forhold ved galvanisk belægning a f rustfrit stål, nikkellegeringer og tita n Hverken hårdkrom eller kemisk nikkel er specifikt møntet p å rustfrit stål, men kan anvendes til en lang række af basismaterialer, hvor især de lavtlegerede stål bruges flittigt. De højbestandige materialer som rustfrit stål, nikkellegeringe r og titan har i sig selv så mange glimrende egenskaber, at de r meget sjældnere er behov for at belægge dem med andre metaller. Hvorfor så i det hele taget bruge rustfrit stål (eller nik - kellegeringer) som basismateriale for en galvanisk overflade - behandling? Jo, det hænder ofte, at en del af en komponen t udsættes for en påvirkning, mens en anden del udsættes for noget helt andet. Dette kunne være en tank, hvor inderside n har et miljø, men ydersiden har et andet, eller også kan de r være tale om en aksel, hvor kun en lille del i enderne slides, mens resten helst skal være af rustfrit stål af hensyn til korrosionsresistensen. Galvanoteknisk overfladebehandling af rustfrit stål er derfor ofte noget, der kun omfatter en lille del af emnet, mens reste n ikke belægges. For at sikre, at kun en lille del af emnet belægges med kemisk nikkel, hårdkrom eller andre belægninger, er det almindeligt af "afdække" emnet. Dette gøres ente n ved at lakere det med en lak, der let lader sig fjerne igen, eller også kan man anvende en speciel tape, som også lader sig bortfjerne efter brug. Blot skal man være opmærksom på, at hårdkrom og især kemisk nikkel påføres ved ganske høj e temperaturer, og at det derfor skal sikres, at tape eller lak holder tæt ved disse temperaturer Forbehandling af rustfrit stål og nikkellegeringe r Galvanisk belægning af passiverbare legeringer er desværr e ikke nogen helt enkel sag, hvilket netop skyldes legeringene s passivitet. Metallerne er jo som bekendt fra naturens hånd dækket af en tynd, tæt film af kromoxider, som effektivt afskærer stålet fra kontakt med omverdenen, og enhver belægning vil derfor komme til at ligge udenpå oxidlaget. Mekanisk er oxidfilmen imidlertid langt svagere end det underliggend e stål, og vedhæftningen mellem stål og belægning bliver derfo r ganske ringe. Dette er illustreret i figur 7.6 : 86

87 \\\\\\\ \\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ ~ \ ~ ~ ~ ~\ a b c Figur 7. 6 Resultatet af galvanisk overfladebelægning af et passiverbart materia - le. A = Før belægning ; B = Efter belægning af metal ovenpå oxidfilmen; C = Oxidfilmen brister, og belægningen skaller a f Facit er, at den korrosionsmæssige force, som rustfrit ståls har i sit oxidlag, også er det, der gør stålet svært at belægge med andre metaller uden risiko for dårlig vedhæftning og af - skalning. For at sikre en effektiv vedhæftning mellem metal - lag og det rustfri basismateriale er det således nødvendigt a t fjerne hele oxidlaget effektivt umiddelbart inden belægnings - processen, hvilket normalt sikres ved hjælp af et tyndt lag "Wood-nikkel". Typisk badparametre er angivet nedenfor i tabel 7.2 : Vedhæftning vigti g Tabel 7.2 Wood-nikkelbad til brug til galvanoteknisk forbehandling a f rustfrit stål af typerne SS 2333, 2343 og lignend e NiC1 2,6H g/ l HC1 40 g/ l temperatur 25 C strømtæthed 1-5 A/dm2 Som det ses, er badet nærmest et nikkelholdigt saltsyrebad, og saltsyre er som bekendt noget nær det mest korrosive, man kan udsætte rustfrit stål for. Præcis denne effekt ligger ti l grund for Wood-nikkelbadets virkemåde. De første 30 sekunder køres processen anodisk (positiv polarisering), hvorve d passivlaget nedbrydes, kromoxiderne strippes af stålet, o g der opløses rustfrit stål i badet. Dette svarer i virkeligheden ti l en kort, men effektiv elektrolytisk bejdsning af stålet. Højere legerede stål end 2343 (og nikkellegeringerne) kan dog kræv e lidt længere anodisk polariseringstid. Derpå vendes polerne på ensretteren, og uden at fjerne det rustfri emne fra badet polariseres det katodisk i et par minutter. Strømudbyttet er meget lavt (1-2%), men alligevel tilstrække- Dobbelt proce s 87

88 ligt til, at emnet er belagt med et tyndt lag ren nikkel, som forhindrer gendannelsen af kromoxiderne. Derpå kan man fortsætte med pålægning af andre metaller i andre bade. Produktet fra Wood-badet er et tyndt, mørkt nikkel-strike, som indeholder meget store mængder trækspændinger, lige - som det også er tilfældet for hårdkrom. Praksis har vist, at det høje niveau for de indre spændinger kan give problemer, når der følges efter med en hård belægning med et andet spændingsniveau. Derfor følges Wood-nikkelen ofte op me d endnu et tyndt lag af kobber, som både er blødt og spændingsneutralt. Derved undgås det, at de indre spændinger i Wood-nikkel og hårdkrom, kemisk nikkel eller andre proces - ser påvirker hinanden. Ridsetest En simpel og god kontrol af vedhæftningen for galvaniske belægninger fås ved "ridsetesten". Denne test går ud på, at der med en spids, 30 's hærdet stålridsestift ridses to parallelle li - nier (helt ind til basismetallet) med en indbyrdes afstand p å 2mm. Hvis belægningen eller en del heraf mellem de to linie r løsnes, har prøven ikke bestået testen. En alternativ variant er at ridse et gitter med sider på 1mm og se om belægningen skaller af indenfor dette område. Ridsetesten er beskrevet i Dansk Standard og ISO [3] Forbehandling af titan og titanlegeringer Titan er ligeledes et af de mere besværlige metaller at have med at gøre, når det gælder forbehandling, hvilket i lighed med de rustfri stål hænger sammen med den bestandige oxidfilm og risikoen for dårlig vedhæftning af belægningen. Dertil kommer, at titan let optager hydrogen ved katodisk påvirkning. En brugbar metode til belægning af titan grade 5 med kobber er en fire-trins-proces, som omfatter følgende : 1. affedtning i stærk alkalisk opløsning. 2. bejdsning i HNO 3/HF, typisk 45% HNO3 + 15% HF; stuetemperatur. 3. aktivering i dikromat- opløsning. 4. belægning med kobber i surt kobberbad. Efter kobberlaget kan der fortsættes med andre processer, f.eks. hårdkrom. Skal der belægges med kemisk nikkel, ska l denne proces startes med en katodisk strømaktivering, d a 88

89 kobber ikke er autokatalytisk overfor kemisk nikkel. Yderligere information vedrørende forbehandling af rustfrit stål o g titan findes bl.a. i Metals Handbook [1]. Referencer : [1] Metals Handbook, 9th ed. vol.5 "Surface Cleaning, Finishing, and Coating". [2] Per Møller "Overfladeteknologi" AP4- kompendium, Procesteknisk Institut, DTH. [3] DS/Inf.14 ; september 1981 (= ISO 2819, 2. udgave, 1980). 89

90

91 Maling af rustfrit stål 8 Indledning Maling af rustfrit stål som konstruktiv beskyttelse i aggressivt miljø kan normalt ikke anbefales. Sværere belægninge r som korrosionsbeskyttelse anvendes kun som nødforanstaltfling i forbindelse med forkert materialevalg og dimensioneres da som belægninger på almindelig stål eller måske svære - re. Løsnet belægning kan under dykkede forhold introducere spaltekorrosion, så korrosionshastigheden bliver ekstraordinært høj i randen af belægningen. Et specialtilfælde er bal - lasttanke i skibe med lasttanke af rustfrit stål. Her males lasttankenes yderside på samme måde som det omgivende sort e stål, men malingen påføres hovedsagelig for at det rustfri stå l ikke skal beskadige det sorte ved galvanisk korrosion. Der er dog et område, hvor maling af rustfrit stål har korrosionsbeskyttende karakter. På ydersiden af varme anlægsdele som rør, beholdere og kolonner af austenitisk rustfrie standardstål opstår der risiko for spændingskorrosion, hvis overfladen forurenes med klorider af indtrængende kloridholdigt vand i isolering, spild af kloridholdige produkter etc. For a t forøge sikkerheden mod denne korrosionsrisiko vælges undertiden maling af den ydre overflade (under isoleringen) fo r at skærme mod de korrosive produkter frem for at bygge anlægsdelen af spændingskorrosionssikkert og dermed dyrene materiale. Hovedformålet med at male rustfrit stål skal ellers være at bibringe det et specielt og æstetisk holdbart ydre Nødløsnin g Spændingskorrosio n Æsteti k Der findes ikke i litteraturen eller i malingleverandørerne s datasamlinger motiverede specifikationer, som angiver hvor - ledes rustfrit stål skal behandles for at opnå en holdbar overfladebehandling. De følgende afsnit tager derfor udgangs - punkt dels i teoretiske betragtninger, dels i "sikre" procedurer som lejlighedsvis foreslået af malingleverandørerne. 91

92 8.2 Forureninge r Forbehandling før malin g Rustfrit stål skal forbehandles ligesom mindre korrosionsfaste materialer. Som på disse er det et primært krav, at overfladen rengøres for fedt, olie, vandopløselige salte og evt. rust. Det afgørende spørgsmål ved påføring af organiske belægninger på rustfrit stål er om belægningers klæbning (ved - hæftning) til ståloverfladen er afhængig af særlige foranstaltninger, eller sagt på anden måde om de rustfrie ståls oxidhinde er et uegnet underlag, så den skal fjernes eller omdannes kemisk til mere malingsvenlige forbindelser. Oxidfil m Forankrin g Ruhed Konkret anbefales det i dag, at oxidhinden fjernes i størs t muligt omfang. Der er ikke udviklet kemiske metoder, so m med sikkerhed fjerner oxidhinden eller omdanner den til malingsegnede forbindelser. Derfor lyder anbefalingerne på mekanisk fjernelse og gerne ved sandblæsning, men en omhyggelig slibning kan antagelig også anvendes. Sandblæsningen er mest hensigtsmæssig, især hvis der ska l behandles med tykkere belægninger af tokomponent-type som kræver stor ruhed. Der opstår spændinger i belægningen under tørring og hærdning og senere i forbindelse me d temperatursvingninger og vandoptagelse i fugtige perioder. Sandblæsningen giver en fysisk forankring af belægningen, så risikoen for forskydningsbrud mellem belægning og stå l reduceres. Ruhedskravet er ikke nærmere undersøgt, men det er afhængigt af malingtype og -tykkelse. Termoplastiske systemer på basis af vinyl, akryl og klorkautsjuk kræver mindre ruhed end tokomponent, reaktionshærdende produkter af epoxyeller polyurethantype og små lagtykkelser kræver mindre ru - hed end store Forrensnin g Fjernelse af olie, fedt og vandopløselige salte udføres me d sædvanlige rensemetoder for stål. Lette forureninger ka n fjernes ved spuling med varmt vand eller ved damprensning, men sikrere med emulsionsaffedtning, hvor overfladen befugtes jævnt med en emulsionsaffedter, som efter ca. 15 min. spules bort med varmt vand. 92

93 Sandblæsning Sandblæsning skal foretages med rent, herunder chloridfrit, mineralsk blæsemateriale. Metallisk blæsemiddel må ikke anvendes. Overfladen skal matteres, så der ikke kan observe - res blanke småflader i lup ved 10 ganges forstørrelse. En anvendelse af ISO 's sandblæsningsgrader er ikke muligt, da rustfrit stål jo ikke "ruster". Det kan være en fordel at på - føre en tynd primer med fx. rød kulør forud for blæsningen. Ensartet mattering er da opnået, når primeren er fuldstændi g fjernet. De nødvendige ruhedsgrader angivet som Ra-værdier i de matterede områder skønnes min. at skulle være som angive t i tabel Matterin g Ruhedsgra d Tabel 8.1 Mindste ruhedsgrad, Ra, før maling på rustfrit stål. Tørfilmstykkelse / maling <80 µm µm µm Termoplastisk maling 3 gm 6 tm 6 g m Tokomponent maling 12,5 gm 12,5 tm 12,5 tm Oxydationshærdende 6 gm 6 tm 6 tm (alkyder) De matterede overflader påføres første lag maling snarest og altid samme dag, som matteringen har fundet sted. De bø r ikke udsættes for dugdannelse/kondens inden overmaling. Da der ikke som ved sort stål ses nogen anløbning, bør rust - frit stål, der er sandblæst, proceduremæssigt overmale s umiddelbart efter sandblæsningen. Ved udendørs sandblæsning om vinteren skal første lag maling enten påføres o g tørres udendørs, eller stålet skal være forvarmet, så temperaturen ikke under sandblæsning og malingspåføring komme r under luftens dugpunkt i maleværkstedet. Fugtpåvirknin g Maling Der er næppe samme høje krav til malingstykkelse som ved maling på almindeligt konstruktionsstål, og grundmalinge n behøver næppe at indeholde aktivt korrosionshindrende pig Grundmalin g 9 3

94 ment. Grundmalinger indeholdende inaktive pigmenter eller zinkfosfat som korrosionsbeskyttende pigment er tilfredsstillende. Zinkholdige malinger bør undgås, idet de kan resultere i revnedannelse i forbindelse med eventuelt svejsearbejde. Hovedsagen er, at bindemidlet i grundmalingen har så god befugtningsevne på underlaget som muligt og som funktion heraf opnår maksimal vedhæftning. Polyamidhærdet epoxygrundmaling, PVC/PVA copolymer vinylgrundmalin g og modificerede alkyder anses for velegnede. Dækmalin g Efterfølgende mellemmaling og slutmaling vælges efter leve - randørernes anbefalinger af produkter til anvendelse på primene, for slutmalingens vedkommende med skyldig hensyntagen til overfladens egenskaber, f.eks. rengørlighed o g kulørbestandighed. Under maling af rustfrit stål skal vandfortyndbare beskyttelsessystemer af miljømæssige grunde nævnes. Da grundmalingerne klæber godt og systemerne er rimeligt plastiske, er de sandsynligvis velegnede til behandling af rustfrit stål Tykkelse Grundmalin g Grundmalingens tykkelse er ikke særligt kritisk, idet den s primære funktion er den gode vedhæftning. Styrken er sjældent høj i deciderede grundmalinger, så det vil på rustfrit stå l være en fordel at holde tykkelsen i underkanten af den af leverandøren anbefalede. I almindelighed bør tykkelsen no k ikke overstige gm. Hvis mellemmalingen er godt klæbende, hvilket er tilfældet for mange tokomponent epoxy-produkter, kan den anvende s direkte på ståloverfladen, og i så tilfælde gælder tykkelsesbegrænsningen ikke. Under grundmalinger skal der advares mod såkaldte wash primere og wash fillere, som er produkter, der på reaktive metaloverflader som jern, zink og aluminium kan give for - bedret vedhæftning. Deres anvendelighed er baseret på e t vist overskud af fosforsyre, som ikke påvirker rustfrit stål i mærkbar grad. Overskuddet kan medføre vedhæftningssvigt ved underlaget og mellem grund- og mellemmaling. 94

95 Mellemmaling Mellemmalingen er primært en barriere mod vand og atmosfæriske gasser. Den skal være fysisk og kemisk forenelig med grundmalingen og kunne flyde sammen til en stort se t poretæt film efter påføringen. Bindemidlet skal normalt vær e nært beslægtet med grundmalingens Barrierela g Slutmaling Udover at være fysisk og kemisk forenelig med den underliggende maling samt udgøre en barriere mod fugt og gasser, skal slutmalingen være modstandsdygtig mod forekommende kemikalier og ultraviolet lys. Endvidere bestemmer slut - malingen systemets smudsmodtagelighed og rengørlighed. Slutmalingen skal ligesom mellemmalingen bidrage til malingsystemets poretæthed Kulørbestandi g Systemopbygning, malingtykkelser I tabel 8.2 gives forslag til systemopbygninger på rustfrit stål. Der gøres udtrykkelig opmærksom på, at der er tale om for - slag baseret på skøn over de nødvendige malingtykkelser, o g at de ikke er underbygget af erfaringer. Endvidere er malingernes sammensætning ikke detaljerede i en grad, så egenskaberne er veldefinerede. Tabellen skal derfor kun betragtes som vejledende og det konkrete malingsy - stem vælges efter konsultation med malingleverandøren. Konsultatio n 95

96 Tabel 8.2 Maling på rustfrit stål. Systemforslag. Korrosions- Malingtype Grund- Mellem- Dæk- Total klasse maling maling maling tykkelse gm gm gm gm 0 Vandfortyndbar akryl ) 1 Vandfortyndbar akryl ) PVC/PVA ) 2 Vandfortyndbar akryl PVC/PVA, vinyl Vandfortyndbar akryl PVC/PVA, vinyl k epoxy ) 100 Epoxy, akryl )Tykkelse bestemt af påføringsegenskaber og kulørdæknin g 2)Evt. polyurethan-dækmaling for høj kulør- og glansbestandig Mattering Ruhed Tykkelsesmåling Kontro l Som på andre metaller bør malingarbejde på rustfrit stål kontrolleres. Kontrolarbejdet beskrives ikke i detaljer, idet der henvises til anden litteratur, f.eks. DS/R 454, Korrosionsbeskyttelse af stålkonstruktioner, men særlige forhold for rustfrit stål fremhæves. Ved sandblæsning og slibning ændrer overfladen ikke eller kun i ubetydelig grad kulør. Kuløren kan derfor ikke anvendes som indikation af, at overfladen har opnået den nødven - dige mattering. Som nævnt under sandblæsning må overfladen ikke udvise ubehandlet flade, når den betragtes nøje i 1 0 ganges forstørrelse. Ruheden kontrolleres på sædvanlig måde ved sammenligning med enten en ISO-Comparator (G), ISO , elle r Rugotest No. 3. Ved kontrol af malingtykkelser skal man være opmærksom på, at der findes magnetiske og umagnetiske rustfrie stål o g strukturer med varierende ferromagnetiske egenskaber. De fuldt magnetiske kvaliteter kan kontrolleres med tykkelsesmåler til almindeligt stål, dvs måler baseret på magnetisk in- 96

97 duktivt princip, medens de umagnetiske stål må kontrollere s med tykkelsesmåler baseret på hvirvelstrømsprincippet. For begge ståltypers vedkommende kan de magnetiske o g elektriske egenskaber variere betydeligt. Det er derfor vig - tigt, at apparaterne justeres på det aktuelle emne. Da egenskaberne også varierer med deformationsgrad og varmepåvirkning, fx i forbindelse med svejsning, skal lokale variationer i målt malingtykkelse indenfor samme emne vurdere s kritisk. Justerin g Det bedste udgangspunkt for vurderingen haves, hvis man inden overfladebehandlingen påbegyndes, orienterer sig o m evt strukturforskelles betydning ved at justere tykkelsesmåleren i et upåvirket stålområde og derefter kontrollere tykkel - sen af en justeringsfolie i områder, der kan have ændred e egenskaber. Eventuelle kontroller af vedhæftning og poretæthed kræver ikke særlige kommentarer, idet de kan udføres som på nor - malt konstruktionsstål. vedhæftning 97

98

99 Konvertering af overflader 9 Konvertering er en form for overfladebehandling, hvor de r ikke blot lægges et lag udenpå emnernes oprindelige overfla - de, men hvor der frembringes en ændret kemisk sammensætning i et overfladelag af en vis tykkelse. Disse overflade - lag går gradvis over i grundmaterialets struktur, og der opnås derfor fremragende vedhæftning. Konverteringslag benyttes hovedsagelig med to forskellige formål : enten forbedring af slidegenskaber ved hjælp af hårde lag, eller forbed - ring af korrosionsegenskaber. Ved opbygning af hårde, slidbestandige lag skal man være opmærksom på grundmaterialets styrke. Hvis slidprocesse n indebærer store kræfter vinkelret på overfladen, skal grund - materialet være stærkt (= hårdt) nok til, at der ikke sker ind - trykning af modpart eller fremmedlegemer. Hvis grundmaterialet er for svagt, gennemtrykkes det hårde overfladela g som en isskorpe på en mose, og evt. frigøres hårde flager, som bidrager til ekstra hurtigt havari. Specielt de relativt bløde austenitiske rustfrie stål er følsomme for denne type ned - brydning. Konverteringslag er normalt ganske tynde, fra under 1µm op til måske 50 gm. Da der kun i mindre grad "lægges uden på", er dimensionsændringer meget små. Emner til overfladekonvertering skal derfor normalt være fuldstændig færdigbearbejdede. De stoffer, der tilføres, skal i de fleste tilfælde blandes med grundmaterialet ved fast-fasediffusion, og der er derfor nødvendigvis tale om processer, der udføres ved forhøjet temperatur. Det er derfor nødvendigt at være opmærksom på, om den varmebehandling der følger med en given overfladekon - vertering fører til uønskede faseændringer i grundmaterialet. Hvis dette er tilfældet, kan en efterfølgende varmebehandling være nødvendig for at sikre grundmaterialets egenska - ber, og denne varmebehandling skal overfladelaget kunne tåle. Denne problematik vil ofte være diskvalificerende for en given behandlingsproces, om ikke andet af økonomisk e grunde. Ændret sammensætnin g Fremragende vedhæftnin g Gennemtrykning af overfladela g Dimensionsændringer meget sm å Højtemperaturprocesse r Uønskede faseændringe r diskvalificerend e 99

100 Det udvalg af processer, som omtales i det følgende, er alle kommercielt tilgængelige; de fleste i Danmark, ellers i Europa Gas-f aseprocesser nitriderin g Gas-faseprocesser udføres oftest i gastætte ovne, hvor emner - ne kan opvarmes, samtidig med at der ledes en reaktiv ga s gennem ovnkammeret. Processen er således i nær familie med Chemical Vapour Deposition. Gasnitrering udføres på "sorte" stål ved varmebehandling i ammoniakatmosfære ved 500 til 5700C. Disse betingelser giver ikke en sikker gennembrydning af passivlaget på rustfrie stål, så en forbehandling, hvor passivlaget fjernes umiddelbart inden behandling, er nødvendig. Det kan ske mekanisk (glasblæsning) eller ved kemisk ætsning. Ensartet lagtykkelse Med disse begrænsninger har gasfaseprocesser den fordel, at de giver en helt ensartet lagtykkelse over hele emnet, ogs å ned i dybe huller. Der dannes et overfladelag, hovedsagelig af krom-nitrid, med hårdhed omkring 1000 HV. Ved behandling i adskillige døgn kan laget laves så tykt, at en afsluttende slibning ka n tillades, men normalt holdes lagtykkelsen under 50 gm, hvilket dog stadig kræver behandling i 5 til 10 timer. Figur 9. 1 Hårdhedsprofiler af et austenitisk og et ferritisk rustfrit stål efter gasnitrering i 48 timer ve d 520 C. I dette eksempel er de r behandlet usædvanligt længe 1600 Type Type o : : : o : : : ~ er 40 oa c Dybde under overfladen, pm Nedsat korrosionsbestandighed Det krom, som kvælstof binder i nitrid, bidrager ikke til stålets korrosionsbestandighed. Laget er i sig selv ganske korrosionsbestandigt, men det underliggende grundmateriale har 100

101 i sit yderste lag et nedsat kromindhold. Hvis overfladelaget mekanisk gennembrydes eller gennemtæres, er der altså stor risiko for alvorlige grubetæringer. En kommerciel proces ved navn "hardcor" hører formentli g med i denne familie, men omgærdes i øvrigt med total hemmelighed. Den kan kun bruges på de austenitiske rustfri e stål. Selv mindre andele ferrit, som det kan forekomme i støbe- eller svejsegods, får ikke det rigtige overfladelag ve d denne proces. Den frembringer et overfladelag med hårdhe d mellem 1000 og 1200 HV 0,05, normalt 20 til 30 µm tykt. Korttidslaboratorieprøvning i visse standardiserede miljøer viser ingen forringelse af korrosionsegenskaber ved denne behandling. Saltbadprocesser nitridering Ved at tilføre de ønskede legeringselementer fra en reaktiv saltsmelte opnås en sikker gennembrydning af passivlaget uden egentlig forbehandling. Til gengæld skal emnerne rengøres bagefter, og da saltbadet ofte er baseret på natrium - cyanid, opstår der et giftigt spildevand. En meget brugt kommerciel proces er tenifering, som giver en oplegering med såvel kvælstof som kulstof. Der opnås e t overfladelag med stort set samme egenskaber som ved gasni - trering, men behandlingstiden forkortes til 1 til 2 timer. Ligesom ved normal nitrering må man også ved teniferbe - handlingen regne med nedsat korrosionsbestandighed af rustfrie stål. Også titan kan nitreres, hvilket giver et meget hårdt og slidbestandigt overfladelag, som samtidig har en meget dekorativ gylden farve. Man skal være opmærksom på, at selv o m titanlegeringer kan være meget stærke, er E-modulet kun ca. halvdelen af jerns; der kan altså let forekomme ret store elastiske udbøjninger, som får det hårde overfladelag til at rev - ne. Sådanne revner er meget effektive udgangspunkter fo r grubetæring. 9.2 Ingen forbehandling Teniferin g Nedsat korrosionsbestandighe d Nitrering af tita n Indsætning i pulverpakning Denne metode bruges især til at forbedre oxidationsbestandigheden hos højtemperaturlegeringer ved oplegering af 9.3 Oxidationsbestandighe d Højtemperaturlegeringe r 101

102 overfladen med aluminium eller krom. Processen kaldes så henholdsvis Alonizing og Chromizing. Virkeligt stærke højtemperaturlegeringer har en nøjagtigt afbalanceret kemisk sammensætning for at opnå deres styrke, så indholdet af stærke oxiddannere som krom og aluminiu m er begrænset og ofte utilstrækkeligt med hensyn til oxidationsbestandighed. Ved oplegering i overfladen kan man få dannet oxider, som er mere stabile og mere beskyttende ve d høj temperatur. Indsætning i pulverpakning er i virkeligheden en variant af gasfasebehandling. Pulveret består hovedsagelig af inaktivt keramikpulver (aluminiumoxid), pulver af det metal, man ønsker at oplegere med, og en aktivator (ammoniumklorid eller -flourid). Pulveret lader sig i en vis grad genbruge ved tilsætning af mere metalpulver og ny aktivator. Emnerne pakkes sammen med pulveret i kasser, som lukke s hermetisk. Kasser med indhold varmebehandles ved temperaturer fra 700 C op til 1000 C i adskillige timer. Det oplegerede overfladelag på en virkelig stærk højtemperaturlegering bliver ofte blødere end grundmaterialet. 9.4 Hverken diffusionsproces eller belægning lonimplanterin g Ved ionimplantering oplegeres emnets yderste overfladelag ved at skyde ioner med høj hastighed mod overfladen. Derved trænger ionerne ind i de yderste 0,1-0,5 gm af materialet, og alt efter valg af procesparametre (valg af ion til implantering, ionernes hastighed samt mængden af indskudte ioner ) kan emneoverfladens slid-, friktions-, korrosions- og udmattelsesegenskaber modificeres betydeligt. Da ionimplantering kun udføres på de områder af emnerne, hvor der er behov, kan ionimplantering være en enkel og billig behandling af f.eks. plaststøbeforme, hvor korrosions- o g slidproblemerne ofte er lokaliserede til relativt små områder. Ionimplantering udføres ved hjælp af en ionaccelerator, se figur 9.2. I en ionkilde ioniseres de atomer, man ønsker at implantere. De dannede ioner accelereres mod emnerne ved hjælp af højspænding, typisk op til 200kV, svarende til ha - stigheder i størrelsesorden Km/S. Ved hjælp af en 102

103 Magnetis k linse Styremagnete r Figur 9. 2 Principskitse af Danfysik 1090 acceleratoren hos Dansk Teknologisk Institu t magnetisk linse og styremagneter rettes ionstrålen mod d e områder af emnerne, der ønskes behandlet. For at undg å nedbremsning, spredning og neutralisering af ionerne i acceleratoren, foregår processen i højvakuum ( Pa). Når emnet rammes, trænger ionerne ind i overfladen, og deres energi afsættes som varme i emnet. Det er som regel muligt at holde procestemperaturen under 200 C. De behandled e overflader bør ikke udsættes for temperaturer over C, afhængig af materiale og den anvendte iontype ; ved disse temperaturer begynder de indskudte atomer at diffundere dybere ind i grundmaterialet, så overfladeeffekten fortyndes. Indskydningsdybde < 0,5 µ m Procestemperatur under 200 C Processen er en sigtelinieproces, så de overflader der ønske s behandlet, skal kunne rammes direkte af den lige ionstråle, helst ikke mere end 45 fra vinkelret på overfladen. Det e r derfor nødvendigt at bevæge emner og/eller ionstråle under behandlingen. Ionstrålen kan bevæges ved hjælp af styre - magneter, og emnet kan bevæges ved hjælp af en manipulator i vakuumkammeret. Herved opnås den bedste udnyttels e af strålen og den bedste fordeling af varmen. Dette giver også mulighed for kun at behandle de områder, hvor det er nødvendigt, så metoden ikke bliver unødvendigt dyr. 103

104 Emenstørrelsen er begrænset af vakuumkammeret og manipulatoren, typisk ca. 1 m. I huller kan ionimplantering ku n foretages ned til en dybde, der svarer til diameteren af hullet. Når man skyder ioner ind i et materiale, træder flere forskel - lige mekanismer i kraft, afhængig af især iontype og materiale. En stor del af ionerne bliver klemt ind i de eksisterende krystalgitre, hvorved der opbygges fordelagtige trykspændinger i overfladen, og desuden forøges antallet af gitterfejl, hvorved flydespændingen forbedres. Begge dele giver bedre udmattelsesstyrke. Effektiv lagtykkelse på µm De indskudte ioner (f.eks. kvælstof) kan danne hårde kemiske forbindelser (f.eks. nitrider). Herved kan både slidstyrken og friktionsegenskaberne forbedres. Selvom det behandlede lag er meget tyndt, har undersøgelser vist, at de ind - skudte ioner i mange tilfælde kan diffundere længere ind i materialet, efterhånden som overfladen slides. Herved kan opnås en effekt svarende til, at der opnås en effektiv lagtykkelse på gm, d.v.s. det er den sliddybde, hvor den slid - reducerende effekt ikke længere kan iagttages. Men ionimplanterede overflader må ikke bearbejdes efter behandlingen, da det behandlede lag derved fjernes. De hyppigst anvendte iontyper til rustfrit stål er kvælstof (N ) og krom (Cr). Forbedrede slid- og rivnings- Kvælstof (N): Ionimplantering med kvælstof benyttes pri - egenskaber mært til at forbedre slidegenskaberne og til at nedsætte tendensen til rivninger, hvilket ofte kan være et problem me d mange typer rustfrit stål og titanlegeringer. Traditionelle stål kan gøres rust- Krom (Cr): Ionimplantering med krom benyttes fortrinsvis til frie i overfladen yderligere at forbedre korrosionsbestandigheden af stål. Krom giver yderligere den meget interessante mulighed, a t man ved at indskyde 15% til 25% krom kan oplegere traditionelle værktøjsstål, således at de har korrosionsmæssige egenskaber der svarer til rustfrie stål i overfladen, mens grund - materialet bevarer sine styrke- og hårdhedsværdier. Dette er en teknik, der ofte udnyttes til f.eks. plaststøbeforme. 9.5 CVD Chemical Vapour Depositio n Chemical Vapour Deposition, CVD, kan betragtes som en videreudvikling af gasfase-indsætning, hvor der kan tilføres 104

105 såvel metalatomer som kulstof og kvælstof. Sådanne proces - ser benyttes en del på "sorte" stål og hårdmetal, og lader sig også udføre på rustfrie stål, nikkellegeringer og titan. Der kræves imidlertid en procestemperatur på op mod 1000 C, og ved så høj temperatur er det svært at styre diffusion af de stoffer, der tilføres. Tilførsel af kulstof eller kvælstof dybt i grundmaterialet forringer egenskaberne af både rustfrie stål, nikkellegeringer og titan, og i praksis har forsøg på at anvende CVD i forbindelse med disse legeringer ikk e været nogen teknisk succes. Procestemperatur på op mod 1000 C Bruges i praksis ikke på rustfri e stål eller tita n Physical Vapour Deposition Physical Vapour Deposition, PVD, er en fællesbetegnelse for PV D en række belægningsprocesser, der alle udføres i vakuum- Belægningsstoffet fordampes i kammer. Det stof, der skal belægges med, findes som hoved- proceskammere t regel på fast form og fordampes i selve proceskammeret. Den energi, som skal til for at fordampe det stof, der skal belægges med, kan tilføres ved elektrisk modstandsopvarmning, ved en lysbue, eller ved sputtering, d.v.s. at atomer slå s løs ved beskydning af belægningsstoffet med tunge ioner. 9.6 Processen selv giver meget lidt direkte energitilførsel til de PVD sker ved 300 C til 500 C emner der belægges, men strålevarme fra fordampningskil- Lagtykkelse 2 til 101.i m den kan give en vis opvarmning. Oftest opvarmes emnern e dog til temperaturer i området 300 til 500"C for at få en or - dentlig vedhæftning og en vis inddiffusion. Typisk er lagtyk - kelsen 2 til 10 µm. Som en overgangsform til CVD kan PVD udføres med en reaktiv gas (ved lavt tryk) i vakuumkammeret. På grund af den lave emnetemperatur kan dette lade sig gøre uden at ødelæg - ge emnernes egenskaber. Faktisk hører de mest brugte PVD - belægninger til denne mellemtype. Reaktiv gas: overgang melle m PVD og CV D Som eksempel kan nævnes belægning med titan-nitrid eller titan-carbo-nitrid ved fordampning af titan i en atmosfær e som indeholder kvælstof eller kulstof + kvælstof. Tilsvarend e kan krom-nitridbelægninger fremstilles. Disse belægninge r har stor hårdhed og slidstyrke, og de har gode glideegenskaber. De er desuden meget tætte, og deres korrosionsegenskaber er udmærkede. 105

106 9.7 Kontro l Kontrol af lagtykkelse og egenskaber af et konverteringsla g Destruktiv prøvning kræver i almindelighed destruktiv prøvning. På sliddele, som behandles for at få en hård overflade, ka n man evt. udføre hårdhedsprøvning på en ikke-kritisk del af overfladen. Ved at udføre prøvningen med en række forskel - lige belastninger, og dermed forskellige indtryksdybder, ka n man skaffe sig en ide om lagtykkelsen. Metoden kan være glimrende til løbende produktionskontrol, men kræver kalibrering ved sammenligning med tykkelser målt på tværsnit. I andre tilfælde er man henvist til at lave et tværsnit af e t medbehandlet prøvestykke og måle lagtykkelsen i mikroskop. Specielt for ionimplantering gælder, at lagtykkelsen er så lille, at det er nødvendigt at benytte Scanning Elektron Mikro - skop for at kunne observere laget i et tværsnit. 106

107 Stikord Afsmitning 30 Alonizing 10 2 Ampere-minutter 65 Anløbning 27, 33, 41, 45 Anodisering af titan 7 1 Anodiseringsbad 7 3 Anvendelser a f el-polering 6 9 Arronderet trådkorn 4 2 ASTM A Baggas 33 Bejdsning 28, 3 3 Belægninger, galvaniske 75 Belægninger, uorganiske 75 Belægninger, hårdkrom 78 Beskyttelsesgas 33 Brinell-hårdhed 1 6 Børstning 32 Bånd 3 3 Carborundum 8 4 Chromizing 102 CVD 10 4 Destruktiv prøvning 10 6 Diamantpartikler 84 Diffusion 99, 10 5 Dispersionsbelægninger 84 Dækgas 33 E-modulet 10 1 Egenskaber, galvaniske belægninger 7 7 El-polering af tanke 7 0 El-polering, driftsparametre 65 El-polering, rustfrit stå l El-polering, figur 64 El-polering, korrosionsbestandighed 68 El-polering, spejleffekt 66 El-polering, ruheds - profiler 6 8 El-polering, ruhed 6 7 El-polering, anvendelser 69 Elektrokemi 3 4 Elektrokemis k overfladebehandling 63 Elektropolering, rustfrit stål 63 Farver, metaller 24 Flydespænding 10 4 Forbehandling 100 Friktion, hårdkrom 80 Friktionsegenskaber 104 Galvanisk udfældning, specielle forhold 8 6 Galvaniske belægninger, egenskaber 77 Galvaniske belægninger 75 Galvanobad, virkemåde 76 Gas-faseprocesser 10 0 Gasnitrering 100 Gennemtrykning a f overfladelag 9 9 Gitterfejl 104 Glasblæsning 28,4 1 Glideegenskaber 105 Hvirvelstrøms - undersøgelser 46 Hærdning af kemis k nikkel Højtemperaturlegeringer 10 1 Hård overflade 106 Hårdhed 15, 100, 101, 10 5 Hårdhed, rustfrit stål 1 9 Hårdhed, Rockwell C 1 8 Hårdhed, hårdkrom 7 9 Hårdhed, rustfrit stål, tabel 1 9 Hårdhed, måling 1 5 Hårdhed, Vickers 1 7 Hårdhed, Brinell 16 Hårdhedsindtryk, opmåling 1 7 Hårdhedsprøvning 10 6 Hårdkrom 7 7 Hårdkrom, anvendelser 80 Hårdkrom, trækspændinger 79 Hårdkrom, mikrorevner 7 9 Hårdkrombad 78 Hårdkrombelægninger 78 Hårdkromprocessen 78 Hårdkroms korrosionsforhold 8 0 Inclusioner 36 Indsætning 10 1 Indtryksdybder 106 Ionaccelerator 102 lonimplantering 10 2 Ituslåede partikler 4 1 Jernafsmitning 32 Kemisk nikkel 80, 8 1 Kemisk nikkel, hårdhed 8 4 Kemisk nikkel, korrosionsforhold 8 3 Kemisk nikkel, økonomi 85 Kemisk nikkel, hærdning

108 Kemisk nikkel, slidforhold 84 Kemisk nikkel og hårdkrom 8 4 Kemisk nikkel, badtyper 82 Kemisk nikkel, dipersions- 84 Kemisk nikkel, struktur 83 Kemisk nikkel, materialefordeling 4 2 Koldvalset plade 3 1 Kontrol 106 Kontrol af vedhæftning 8 8 Konvertering 99 Konverteringslag 106 Korrosion 102 Korrosionsbestandighed 100, 101, 104 Korrosionsbestandighed, el-polering 68 Korrosionsegenskaber 99, 10 5 Korrosionsforhold, hårdkrom 80 Krom-nitrid 105 Krom (Cr) 104 Kromsyre 78 Kulstof 105 Kvælstof 105 Lagtykkelse 100, 104,10 6 Lysbue 105 Materialefordeling, hårdkrom 7 8 Materialefordeling, kemisk nikkel 82 Mekaniske defekter 26 Mikrorevner 79 Mikrorevnet hårdkrom 79 Mikroruheder 66 Mikrospalter 39 Mikrovickers 18 Modstandsopvarmning 105 Måling, slid 23 Måling af overfladeegenskaber 1 5 Måling af hårdheder 2 1 Måling af ruheder 21 Nikkel-strike 88 Nitrid 10 4 Nivellering, figur 66 Nivellering 6 6 Olie/fedt-produkter 3 9 Optisk aktive 3 1 Optiske aktivitet 13 9 Overflade og korrosionsbestandighed 2 5 Overfladebehandling 9 9 Overfladebehandling, elektrokemisk 63 Overfladeegenskaber 1 5 Overfladeegenskaber, måling 15 Overfladefejl 26 Overfladekvalitet, værksleverancer 20 Overfladelag 99 Overfladeprofil 22 Overfladern e vandskyende 3 9 Overfladetilstand 25 Overfladetopografi 22 Oxidationsbestandighed 10 1 Oxidlag, afskalning 8 7 PEENSCAN proces 46 Pittingpotential 34 Plaststøbeforme 10 2 Polering 3 9 Poleringseffekt 6 6 Polermiddel 39 Produktionskontrol 10 6 Profil 22, 3 6 Pulverpakning 101 PVD 105 Ra 2 1 Ra, aritmetisk middel - afvigelse 3 4 Reaktiv gas 105 Reduktionen af korrosionsbestandighed 29 Reduktionsmiddel 81,82 Reduktionsmiddel, typer 82 Referencelængde 22 Rengøring 30 Ridsetest 88 Rivning 23, 104 Rockwell C-hårdhed 1 8 Ruhed 20, 32, 34 Ruhed, el-polering 6 7 Ruheder, måling 2 1 Ruhedsmåler 2 1 Ruhedsprofiler, el-polering 6 8 Rustfrit stål, galvanis k forbehandling, tabel 8 7 Rustfrit stål, slid 77 Rustfrit stål, hårdhed 19 Rustfrit stål, ruhed 20 Rustfrit stål, galvanis k forbehandling 8 6 Saltsmelte 101 Sandblæsning 28,4 0 Shot-peening 42 Skive 34 Slibepartikler 34 Slibning 33 Slid 102 Slid, rustfrit stål 7 7 Slidbestandighed, hårdkrom 79 Sliddele 106 Slidegenskaber 99, 104 Slidmålinger 23 Slidpartikler 85 Slidstyrke 23, 104,105 Slynghjulsanlæg 40,42 Specielslibninger 3 6 Spildevand

109 Spredeevne, hårdkrom 78 Sputtering 105 Spændingskorrosion 3 9 Standardisering af overfladeegenskaber 15 Strømløs fornikling 8 1 Svejsning 32, 33 Teflonpartikler 8 5 Temperatur 103, 105 Tenifering 10 1 Titan-nitrid 105 Titan, anodiseringsbad 73 Titan, anodisering 7 1 Titan stål, galvanisk forbehandling 8 8 Titan-carbo-nitrid 105 Titan- og niobstabiliserede stål 40 Topografi 22, 3 4 Topografisk e egenskaber 3 1 Transpassivitet, el-polering 6 5 Tryklufts-blæseanlæg 40 Trykluftsblæsekabine 4 2 Trykspænding 104 Trækspændinger, hårdkrom 7 9 Tværsnit 10 6 Udbøjning 10 1 Udmattelsesstyrke 10 4 Uorganiske belægninger 7 5 Vedhæftning 9 9 Vedhæftning, kontrol Vickers-hårdhed 1 7 Vifte 33 Vinkelsliber 3 3 Voksbehandling Wood-nikkel

110