不锈钢车体钝化工艺研究

刘　晓　何广忠　罗　金　王　飞

（中车长春轨道客车股份有限公司工程规划发展部，130062，长春∥第一作者，高级工程师）

近年来，不锈钢车辆在城市轨道交通项目上得到了广泛的应用。以往的城市轨道交通不锈钢车辆，为避免焊接接头的腐蚀，仅对焊缝及周围的热影响区进行钝化处理，但经常发现不锈钢车辆在特殊储运环境下（高温、高湿、盐雾等），车体表面会发生腐蚀现象，给交付使用及售后服务造成了不必要的经济损失。尽管不锈钢钢板在出厂前已经经过了钝化处理，但在车辆制造过程中，机加工、焊接等过程会导致不锈钢表面钝化膜产生破损，导致在某些特殊情况下其防腐性能不能满足要求。为了提高不锈钢车体的防腐性能，对其表面进行钝化处理是较为有效的方法之一［1-2］。

目前，国内外已有很多成熟的不锈钢钝化技术，包括化学钝化和阳极钝化技术。这些钝化技术一般应用在结构简单的小部件上，对于轨道交通车辆这样庞大的物件，从工艺上实现起来较为困难，且国内车辆厂尚无车体酸洗钝化技术的积累。在很多设备制造行业，对于焊接等加工过程造成不锈钢表面钝化膜物损伤问题，一般采用酸洗钝化的方式进行焊缝除黑处理及表面钝化，而车辆制造过程中，也使用此种方式对焊缝及周围的热影响区进行钝化处理。此种技术相对成熟，但钝化液中一般含有硝酸、氢氟酸等强酸物质，容易导致不锈钢变色，不适用于车辆外表面的大面积钝化。另外，废液处理不当还可能会对环境造成污染，同时也可能对施工者皮肤、呼吸道等造成损伤。近年来，以柠檬酸做主要成分的环保型的钝化液，已被较多地应用在不锈钢钝化工艺中，故也可借鉴应用在不锈钢车辆的钝化工艺中［3-4］。

1　钝化原理

柠檬酸对铁的活性比对铬的活性强，通过柠檬酸的作用，可以溶解不锈钢表面的铁及氧化物，去掉贫铬层，造成铬在不锈钢表面富集，提高抗腐蚀稳定性（见图1）。一般情况下，新的钝化膜可以在钝化后的48 h内生成。

2　钝化工艺

2.1　钝化工艺方法

为防止水、清洗剂、钝化液等进入车体内部，在钝化前需使用工装将车窗和车门进行封闭。不锈钢的钝化效果与钝化液的组成、钝化过程温度、钝化时间等密切相关，在生产过程中必须严格控制。不锈钢车体的钝化工艺过程如表1所示。

2.2　施工注意事项

图1　钝化前后不锈钢表面金属离子富集情况

表1　不锈钢车体钝化工艺过程

（1）因为钝化液为酸性，如有残留，可能反而会对不锈钢造成腐蚀，因此在钝化前，需要对车窗、车门等进行封闭。封闭后，采用高压水枪对密封处进行冲洗，并检测密闭性。

（2）在进行钝化工序前，应尽量将待钝化表面的残留水去除，防止残留水对钝化液产生稀释作用造成钝化液浓度下降，影响钝化效果。

（3）为防止铁离子、氯离子等对钝化后表面的二次污染，如有条件，所有清洗用水都应使用纯水，或在钝化工序后用纯水冲洗。

（4）所有清洗工序结束后，使用pH试纸检测残液的pH值，确保钝化液、中和液等冲洗干净。

（5）去除保护工装后，应仔细检测是否有液体进入车体内部，特别是窗口、门口等缝隙。如有液体渗进，应采用中和处理，避免酸液残留造成腐蚀。

3　钝化效果检测

3.1　目视检测法

在光线充足的情况下，距钝化车体表面1 m进行目视观察。要求车体表面状态均匀一致，保持不锈钢本色，不锈钢表面的机械处理状态（如拉丝纹理等）没有改变，表面无杂质污染。

3.2　化学检测法

根据ASTM A 967—2005《不锈钢零件化学钝化处理的标准规范》，不锈钢钝化后，可以采用以下4种方法中的一种或几种进行钝化效果检测。

3.3.1硫酸铜法

（1）测试溶液配制：将1 ml硫酸溶液（质量浓度1.84 g/L）倒入250 ml蒸馏水中，再将4 g五水硫酸铜溶解在该溶液中。溶液有效期为2周。

（2）检测：在待测不锈钢表面涂抹上述测试溶液，并保证其表面至少6 min保持湿润。6 min以后，漂洗和干燥样品表面，表面无铜沉淀物视为合格。

3.3.2铁氰化钾硝酸盐法

（1）在500 ml蒸馏水中加入10 g铁氰化钾，再加入30 ml体积分数为70%的硝酸溶液，搅拌至所有铁氰化钾溶解，然后用蒸馏水稀释至1 000 ml。此溶液需试验当天配置。

（2）将测试溶液涂抹于待测表面，30 s内不出现深蓝色视为合格。

3.3.3高湿试验法

（1）将样品置于湿度（97±3）%、温度（38±3）℃的环境箱中24 h。

（2）试验24 h后，样品表面不存在锈斑和污点即为合格。

3.3.4盐雾试验法

（1）按 ASTM B 117—2011《盐雾试验标准》，盐溶液体积分数为5%，盐雾试验时间为2 h。

（2）试验2 h后，样品表面不存在锈斑和污点即为合格。

以上几种方法均是检测钝化后表面是否残留有游离铁。其中高湿试验法和盐雾试验法并不适用于生产现场检测，但是可以采用挂板法进行型式试验。硫酸铜法和铁氰化钾法操作简单，检测过程较短，可以在实际生产中作为例行试验进行应用。需要注意的是，铁氰化钾硝酸盐溶液在空气中容易氧化，会导致试验结果产生误差，在检测过程中需要严格控制操作过程和操作时间。

经过以上方法检测，不锈钢车体经过钝化后，表面没有游离铁存在，可以有效提高车辆的耐腐蚀能力。

3.3　电化学检测法

在生产现场，可以使用Koslow Possi-Flash 3036不锈钢钝化检测仪对钝化效果进行检测。测试原理为检测不锈钢表面与参比电极间的电位差，当测量值为-200～-400 mV时，视为钝化过程有效。钝化结束时间与电位差变化关系曲线如图2所示。由图2可知，在钝化过程结束的24～48 h内，新的钝化膜趋于形成。因此，在这段时间内，应避免不锈钢车体接触铁离子、氯离子等，防止引起不锈钢的腐蚀。

图2　不锈钢钝化结束时间与电位差变化关系曲线

4　结语

为了提高不锈钢车辆的耐蚀性能，采用柠檬酸钝化处理的方式，对整个车体外表面进行钝化。采用目视检测法、化学检测法及电化学检测法对钝化后的表面进行检测。检测结果证明了经过钝化处理后，车体表面无游离铁存在，外观颜色均匀一致。不锈钢车体的柠檬酸钝化处理工艺，操作方法简单可靠，对环境及施工者身体危害小，钝化效果优异，可有效防止不锈钢车体在储运过程产生锈蚀等现象。

［1］陈天玉.不锈钢表面处理技术［M］.北京：化学工业出版社，2004.

［2］汪轩义，吴荫顺，张琳，等.不锈钢钝化膜研究进展［J］.材料导报，1999，13（3）：13.

［3］唐亚陆，汪文兵.不锈钢柠檬酸钝化工艺研究［J］.表面技术，2008，37（5）：68.

［4］夏浩，周栋，丁毅，等.304不锈钢环保型酸性钝化工艺及其性能研究［J］.表面技术，2009，38（4）：47.