2014年05月21日

【与不锈同行】不锈钢确实免吗?

  不锈钢是一种含铬、镍,常常还含钼的铁基合金,只要满足一系列要求,具有一定程度的耐腐蚀性。这就是为什么这类合金不应该称为不锈,从原理上讲,它相对于如金、银和铂这样的贵金属而言只是给了它名称而已。对于更严密的分析,真实的情况是不锈钢并不是一种贵金属。

  事实上,基体几乎如普通碳钢一样是活性或劣等的。材料的惰性性质是由于超薄的钝化铬氧化层,在潮湿下起着不可思议的惰性作用。然而,如果没有这层膜,材料就容易遭受性腐蚀过程。因此应当对这层膜进行良好的,从而延长不锈钢的寿命而不出现任何问题。换句话说,不锈钢并不是完全免的,但可以说量很低。一个不锈钢零部件某种程度上可以比作一个好的苹果,由于苹果有一层不到0.1mm厚的果皮,能放很长时间。尽管果皮很薄,但可以防止失去物质,也能别的物质进入。即使它极薄,果皮提供完整的,直到一个虫子吃它,引起腐烂。在苹果被切成两半时,新鲜苹果也会快速氧化。换句话说,苹果由于有一层薄薄的果皮,能在完好条件下存放。

  不锈钢也有一层皮,它要比苹果皮薄十万倍。它的厚度约10~15纳米(1纳米等于10-9米),能提供完整的,这就是通常所说的无金属离子和无外来物质进入。如果这层皮被在过量的化学物质中它将会破裂,导致腐蚀。当这层皮被腐蚀掉,化学物质使金属活化,将会引起腐蚀。然而不锈钢与苹果最大的不同是它能够自行修复其氧化膜。这一点在这层膜受到机械损伤,或局部区域失去铬氧化层时是特别有用的。由于空气中有氧气,在这些区域通过新铬氧化层的形成使材料发生钝化,这被称为自恢复作用,然而由于存在的氯化物太多,这种机理会被大大损坏。如果是这种情况,卤素家族的氯化物将形成金属盐,它们也是腐蚀产物。这就是为什么在喷雾酸洗之后,总要使用软水来冲洗以得到适当的钝化,因为自来水含有太多的氯化物。如果不这样做,新的氧化层将被弄脏,导致厚度不均匀。当然,像这样的氧化层也不能起最好的作用。

  污垢沉积对不锈钢表面的作用并不非常了解。由于有氧气的存在,不锈钢必须能够呼吸。虽然氧气起着保持氧化层厚度的作用,但这必须有相对大量的能达到不锈钢表面。显然,当表面清洁时没问题。但问题是要多么清洁,这是人们常常产生很大的疑问之处。甚至当激光膜从不锈钢薄板表面去掉时,这种干净表面用一种含表面活性剂的洗涤剂清洗,白的表面很快被弄脏。不锈钢盘子用洗碗机洗后变得干净就是这种情况。在孔隙中还有很多脏东西。用一种能量分散X射线分析仪(EDX)对这种污垢进行检查,显示出它主要是含有硫化物,在孔隙中沉积着极小的食物颗粒。这种分析仪还发现了硅化合物,很有可能是加到洗碗机内作为一种防锈剂的硅酸钠粉末而(见图1)产生的。在使用一种专用洗涤剂后,需要用织物去除残留的污垢,从而使不锈钢表面的碳和氧达到最大值。

  总的说来,我们可以说不锈钢通常比乍一看要脏得多,没有在雨水中的这些区域特别容易遭受沉积腐蚀。例如,一个4年前投入使用的旋转门,它使用了大量的不锈钢,位于靠近海水的地方。一眼看去,没有什么毛病,当你走近一看,你会看到门上方的拱顶有各种锈斑,被称为茶锈。因为这个旋转门位于靠近海水的地方,我们可以肯定这种是由于大气中的悬浮微粒而引起的,加上污垢沉积。悬浮微粒是海水的小液滴,在空中时蒸发,提高了盐和氯化物的浓度。它们停留在不锈钢表面,氯化物在孔内的污垢沉积下逐渐渗入,在这些地方着材料。如果什么也不做,这种腐蚀会进一步扩展。你还可以看到孔下面的不锈钢比在雨水中的地方腐蚀得更严重。原因是雨水将大部分残留的盐冲刷掉,意味着材料不会腐蚀得太厉害。如果定期清洁不锈钢拱顶部分,这些茶锈便不会发展。

  如前所述,不锈钢的表面落有大量的污垢,在金相图上很容易看到。图2中,1500倍的放大图像显示在表面的孔中有大量的污垢。它本身并不是一种例外。事实上,这比例外情况更有规律。这类表面的电解抛光不仅使表面光滑而且还能去除像图3中所看到的这些污垢沉积。

  为了清洁不锈钢表面,已经开发了各种不同的清洁技术。两个熟悉的例子是用有机和无机物进行化学清洁。还有阳极和超声波清洁方法,但这篇文章本身基于有机物方法;特别是为了降低对的冲击。图4表示放大了的不锈钢的表面。凹坑中积有各种污垢,发现下面有氯化物,容易去除。去除小的氯离子要比去除相对大的氧容易得多,这恰恰是个问题。与氟、碘和溴一样,氯是卤族元素,它被称为盐形成剂。氯离子有可能与金属结合形成金属氯化物,这样一定会阻碍(足够量的)氧到达氧化层,而氧化层会使钢保持良好的状态。此后,这层氧化膜将破裂,

  不可避免地导致沉积腐蚀。一旦凹坑的表面得到正确的清洁,氧便能表面得到钝化。这将降低沉积腐蚀的风险,另一个例子是用AISI 316制造的一个配电柜,在海岸附近露天放置。在这种情况下应考虑选择耐海水腐蚀不锈钢,但事明这是相对的。污垢沉积下的不锈钢表面主要是大气中的悬浮微粒。如果定期清洁不锈钢表面,将不会发生这种形式的腐蚀。由于旋转门被遮盖,雨水冲刷不到大门,要想彻底地清洁非常困难。这里,再次出现认为不锈钢无需的错误。这个例子的腐蚀没有理由更换这个部分,因为腐蚀仍能去除。然而,有必要在清洁之后采取更多的,微小的表面污点会很快发展导致新的腐蚀。

  每种液体都有特定的表面张力,这一点在一片玻璃板上滴水银形成小珠可以清楚地看到。水形成的小水珠看上去非常像毒菌。水银不像水那样会润湿玻璃板。原因是水银珠有非常高的表面张力或收缩力,水的表面张力相对低一些。在水中加上肥皂将显著降低这种收缩作用。使表面张力降低或的物质被称为表面活性剂。这些既可以是离子,也可是阴离子。收缩力越小,活性剂渗入凹坑越深,图5是可以看到这种现象的示意图。上图表明表面张力相对高的一种清洁剂,下图是最佳的一种。在这种方法中,现有的洗涤剂或清洁剂可以溶解污垢。换句话说,凹坑内的污垢沉积是最有可能去除的,能高效控制沉积腐蚀。这主要归功于氧可以地接近不锈钢的整个表面。这种方法导致与通风几乎没什么不同,它常常引起点蚀。总之,这证明保持表面清洁有多么重要。

  新产品Innosoft B570多么重要。新产品Innosoft B570能高效去除锈蚀和污染,已经相当有名,它含有特殊表面活性剂,活性剂能深深地渗入凹坑中。此外,这种含有强力去污剂的活性剂会彻底溶解污垢。用这种方法,可尽可能地消除沉积腐蚀的。换句话说,虽然Innosoft B570是一种去除锈蚀产物的优良产品,但它用作一种预防性措施来尽可能地避免飞溅锈蚀要好得多。配电柜预先用InnosoftB570进行处理,将完全有可能避免腐蚀。如果在使用InnosoftB570之后再用液体Innosoft B580,这种预防作用将会进一步提高。这种液体会提供纳米级的超强。最好可以设想为一种原子结合层,允许与氧进行必要的交换,提高耐腐蚀的可靠性。

  一座不锈钢桥梁,由于没有含足够的铬,沿着纵向接头不断地生锈,所以采用这两种活性剂进行处理。在做这种处理之前,每个星期必须去除褐色的锈蚀线,但是在用这些液体处理之后,甚至一年之后都无锈蚀的痕迹再现。从那之后其他的实例也证明。用于不锈钢时,比医治更好,因为去除锈点意味着某点已经在某种程度上发生了锈蚀。虽然赞成用一种友好的方式再次去除锈蚀,给予表面更多的,但它真的不应该走到这一步,因此为不锈钢尽可能耐腐蚀打下良好的基础。使用前面所述的活性剂进行预先处理要好得多。