不銹鋼車體鈍化工藝研究

劉　曉　何廣忠　羅　金　王　飛

（中車長春軌道客車股份有限公司工程規(guī)劃發(fā)展部，130062，長春∥第一作者，高級工程師）

近年來，不銹鋼車輛在城市軌道交通項目上得到了廣泛的應(yīng)用。以往的城市軌道交通不銹鋼車輛，為避免焊接接頭的腐蝕，僅對焊縫及周圍的熱影響區(qū)進行鈍化處理，但經(jīng)常發(fā)現(xiàn)不銹鋼車輛在特殊儲運環(huán)境下（高溫、高濕、鹽霧等），車體表面會發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，給交付使用及售后服務(wù)造成了不必要的經(jīng)濟損失。盡管不銹鋼鋼板在出廠前已經(jīng)經(jīng)過了鈍化處理，但在車輛制造過程中，機加工、焊接等過程會導致不銹鋼表面鈍化膜產(chǎn)生破損，導致在某些特殊情況下其防腐性能不能滿足要求。為了提高不銹鋼車體的防腐性能，對其表面進行鈍化處理是較為有效的方法之一［1-2］。

目前，國內(nèi)外已有很多成熟的不銹鋼鈍化技術(shù)，包括化學鈍化和陽極鈍化技術(shù)。這些鈍化技術(shù)一般應(yīng)用在結(jié)構(gòu)簡單的小部件上，對于軌道交通車輛這樣龐大的物件，從工藝上實現(xiàn)起來較為困難，且國內(nèi)車輛廠尚無車體酸洗鈍化技術(shù)的積累。在很多設(shè)備制造行業(yè)，對于焊接等加工過程造成不銹鋼表面鈍化膜物損傷問題，一般采用酸洗鈍化的方式進行焊縫除黑處理及表面鈍化，而車輛制造過程中，也使用此種方式對焊縫及周圍的熱影響區(qū)進行鈍化處理。此種技術(shù)相對成熟，但鈍化液中一般含有硝酸、氫氟酸等強酸物質(zhì)，容易導致不銹鋼變色，不適用于車輛外表面的大面積鈍化。另外，廢液處理不當還可能會對環(huán)境造成污染，同時也可能對施工者皮膚、呼吸道等造成損傷。近年來，以檸檬酸做主要成分的環(huán)保型的鈍化液，已被較多地應(yīng)用在不銹鋼鈍化工藝中，故也可借鑒應(yīng)用在不銹鋼車輛的鈍化工藝中［3-4］。

1　鈍化原理

檸檬酸對鐵的活性比對鉻的活性強，通過檸檬酸的作用，可以溶解不銹鋼表面的鐵及氧化物，去掉貧鉻層，造成鉻在不銹鋼表面富集，提高抗腐蝕穩(wěn)定性（見圖1）。一般情況下，新的鈍化膜可以在鈍化后的48 h內(nèi)生成。

2　鈍化工藝

2.1　鈍化工藝方法

為防止水、清洗劑、鈍化液等進入車體內(nèi)部，在鈍化前需使用工裝將車窗和車門進行封閉。不銹鋼的鈍化效果與鈍化液的組成、鈍化過程溫度、鈍化時間等密切相關(guān)，在生產(chǎn)過程中必須嚴格控制。不銹鋼車體的鈍化工藝過程如表1所示。

2.2　施工注意事項

圖1　鈍化前后不銹鋼表面金屬離子富集情況

表1　不銹鋼車體鈍化工藝過程

（1）因為鈍化液為酸性，如有殘留，可能反而會對不銹鋼造成腐蝕，因此在鈍化前，需要對車窗、車門等進行封閉。封閉后，采用高壓水槍對密封處進行沖洗，并檢測密閉性。

（2）在進行鈍化工序前，應(yīng)盡量將待鈍化表面的殘留水去除，防止殘留水對鈍化液產(chǎn)生稀釋作用造成鈍化液濃度下降，影響鈍化效果。

（3）為防止鐵離子、氯離子等對鈍化后表面的二次污染，如有條件，所有清洗用水都應(yīng)使用純水，或在鈍化工序后用純水沖洗。

（4）所有清洗工序結(jié)束后，使用pH試紙檢測殘液的pH值，確保鈍化液、中和液等沖洗干凈。

（5）去除保護工裝后，應(yīng)仔細檢測是否有液體進入車體內(nèi)部，特別是窗口、門口等縫隙。如有液體滲進，應(yīng)采用中和處理，避免酸液殘留造成腐蝕。

3　鈍化效果檢測

3.1　目視檢測法

在光線充足的情況下，距鈍化車體表面1 m進行目視觀察。要求車體表面狀態(tài)均勻一致，保持不銹鋼本色，不銹鋼表面的機械處理狀態(tài)（如拉絲紋理等）沒有改變，表面無雜質(zhì)污染。

3.2　化學檢測法

根據(jù)ASTM A 967—2005《不銹鋼零件化學鈍化處理的標準規(guī)范》，不銹鋼鈍化后，可以采用以下4種方法中的一種或幾種進行鈍化效果檢測。

3.3.1硫酸銅法

（1）測試溶液配制：將1 ml硫酸溶液（質(zhì)量濃度1.84 g/L）倒入250 ml蒸餾水中，再將4 g五水硫酸銅溶解在該溶液中。溶液有效期為2周。

（2）檢測：在待測不銹鋼表面涂抹上述測試溶液，并保證其表面至少6 min保持濕潤。6 min以后，漂洗和干燥樣品表面，表面無銅沉淀物視為合格。

3.3.2鐵氰化鉀硝酸鹽法

（1）在500 ml蒸餾水中加入10 g鐵氰化鉀，再加入30 ml體積分數(shù)為70%的硝酸溶液，攪拌至所有鐵氰化鉀溶解，然后用蒸餾水稀釋至1 000 ml。此溶液需試驗當天配置。

（2）將測試溶液涂抹于待測表面，30 s內(nèi)不出現(xiàn)深藍色視為合格。

3.3.3高濕試驗法

（1）將樣品置于濕度（97±3）%、溫度（38±3）℃的環(huán)境箱中24 h。

（2）試驗24 h后，樣品表面不存在銹斑和污點即為合格。

3.3.4鹽霧試驗法

（1）按 ASTM B 117—2011《鹽霧試驗標準》，鹽溶液體積分數(shù)為5%，鹽霧試驗時間為2 h。

（2）試驗2 h后，樣品表面不存在銹斑和污點即為合格。

以上幾種方法均是檢測鈍化后表面是否殘留有游離鐵。其中高濕試驗法和鹽霧試驗法并不適用于生產(chǎn)現(xiàn)場檢測，但是可以采用掛板法進行型式試驗。硫酸銅法和鐵氰化鉀法操作簡單，檢測過程較短，可以在實際生產(chǎn)中作為例行試驗進行應(yīng)用。需要注意的是，鐵氰化鉀硝酸鹽溶液在空氣中容易氧化，會導致試驗結(jié)果產(chǎn)生誤差，在檢測過程中需要嚴格控制操作過程和操作時間。

經(jīng)過以上方法檢測，不銹鋼車體經(jīng)過鈍化后，表面沒有游離鐵存在，可以有效提高車輛的耐腐蝕能力。

3.3　電化學檢測法

在生產(chǎn)現(xiàn)場，可以使用Koslow Possi-Flash 3036不銹鋼鈍化檢測儀對鈍化效果進行檢測。測試原理為檢測不銹鋼表面與參比電極間的電位差，當測量值為-200～-400 mV時，視為鈍化過程有效。鈍化結(jié)束時間與電位差變化關(guān)系曲線如圖2所示。由圖2可知，在鈍化過程結(jié)束的24～48 h內(nèi)，新的鈍化膜趨于形成。因此，在這段時間內(nèi)，應(yīng)避免不銹鋼車體接觸鐵離子、氯離子等，防止引起不銹鋼的腐蝕。

圖2　不銹鋼鈍化結(jié)束時間與電位差變化關(guān)系曲線

4　結(jié)語

為了提高不銹鋼車輛的耐蝕性能，采用檸檬酸鈍化處理的方式，對整個車體外表面進行鈍化。采用目視檢測法、化學檢測法及電化學檢測法對鈍化后的表面進行檢測。檢測結(jié)果證明了經(jīng)過鈍化處理后，車體表面無游離鐵存在，外觀顏色均勻一致。不銹鋼車體的檸檬酸鈍化處理工藝，操作方法簡單可靠，對環(huán)境及施工者身體危害小，鈍化效果優(yōu)異，可有效防止不銹鋼車體在儲運過程產(chǎn)生銹蝕等現(xiàn)象。

［1］陳天玉.不銹鋼表面處理技術(shù)［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2004.

［2］汪軒義，吳蔭順，張琳，等.不銹鋼鈍化膜研究進展［J］.材料導報，1999，13（3）：13.

［3］唐亞陸，汪文兵.不銹鋼檸檬酸鈍化工藝研究［J］.表面技術(shù)，2008，37（5）：68.

［4］夏浩，周棟，丁毅，等.304不銹鋼環(huán)保型酸性鈍化工藝及其性能研究［J］.表面技術(shù)，2009，38（4）：47.