Passivierter Edelstahl: Alles, was Sie wissen müssen

Edelstahl wird für seine Langlebigkeit und Rostbeständigkeit geschätzt, kann aber dennoch durch zusätzlichen Schutz verbessert werden. Passivierung, eine Behandlung mit Chemikalien, verbessert die Korrosionsbeständigkeit und verlängert die Lebensdauer unter harten Bedingungen. Im maritimen, industriellen oder medizinischen Bereich ist passivierter Edelstahl unbehandelten Varianten überlegen.

In diesem Artikel behandeln wir die Edelstahlsorten, die passiviert werden müssen, die damit verbundenen Vorteile, das Verfahren, die Prüfung und die für diese Behandlung am besten geeigneten Stahlsorten.

Was ist die Passivierung von Edelstahl?

Die Passivierung von Edelstahl ist eine chemische Behandlung, die die Korrosionsbeständigkeit durch die Entfernung von Oberflächeneisen gemäß den Richtlinien ASTM A967 und AMS 2700 verbessert. Im Gegensatz zur natürlichen Oxidschicht bildet sich bei der Passivierung schnell ein schützender Chromoxidfilm. Sie wird in Umgebungen mit aggressiven Chemikalien oder Feuchtigkeit empfohlen und wird häufig in der Medizin, Lebensmittelverarbeitung und Luft- und Raumfahrt eingesetzt.

Geschichte des Passivierungsprozesses

Die Passivierung begann im 19. Jahrhundert als festgestellt wurde, dass Metalle wie Eisen und Edelstahl auf natürliche Weise schützende Oxidschichten bilden. 20. Jahrhundertwurden kontrollierte chemische Passivierungsmethoden entwickelt, angetrieben durch die zunehmende Verwendung von Edelstahl in industrielle und militärische AnwendungenStandards wie ASTM A967 und AMS 2700 später sorgte es branchenübergreifend für konsistente und wirksame Ergebnisse.

Warum Edelstahl passivieren?

Eisengehalt:
Edelstahl enthält je nach Güte 60-70% Eisen. Während Chrom auf natürliche Weise eine schützende Oxidschicht bildet, begrenzt der hohe Eisengehalt die Korrosionsbeständigkeit.

Kontamination während der Herstellung:
Während der Herstellung entstehen durch den Kontakt mit Werkzeugen aus Kohlenstoffstahl oder durch Eisenstaub in der Luft häufig zusätzliche Eisenverunreinigungen, die die Korrosionsbeständigkeit des Materials weiter verringern.

Beschädigung der Oxidschicht:
Durch Schweißarbeiten oder Kratzer kann die natürliche Oxidschicht beschädigt werden, wodurch der Stahl anfälliger für Korrosion wird.

Passivierungsprozess:
Durch die Passivierung werden Oberflächeneisen und Verunreinigungen entfernt, wodurch die Bildung eines stabileren Chromoxidfilms ermöglicht wird.

Verbesserter Schutz:
Die verstärkte Chromoxidschicht bietet besseren Schutz in korrosiven Umgebungen und verlängert die Haltbarkeit von Edelstahl.

Arten der Edelstahlpassivierung

Die Passivierungsmethoden für Edelstahl variieren je nach Anwendung. Zu den wichtigsten chemischen Methoden gehören die Passivierung mit Salpetersäure, Zitronensäure, Phosphorsäure und Chromsäure. In bestimmten Fällen werden elektrochemische und mechanische Methoden eingesetzt. Die folgenden sind nach Erfindungsdatum aufgelistet.

Mechanische Passivierung

Definition:
Bei der mechanischen Passivierung kommen Prozesse wie Polieren oder Sandstrahlen zum Einsatz, um Oberflächenverunreinigungen zu entfernen und die Bildung einer natürlichen Oxidschicht zu fördern.

Vorteile:

• Es sind keine gefährlichen Chemikalien im Spiel.
• Kann für bessere Ergebnisse mit anderen Oberflächenbehandlungen kombiniert werden.

Benachteiligungen:

• Verstärkt die Schutzschicht nicht chemisch.
• Weniger wirksam für bestimmte korrosionsbeständige Anwendungen.

Passivierung mit Salpetersäure

Definition:
Bei der Passivierung mit Salpetersäure wird eine Salpetersäuremischung verwendet, um freies Eisen von der Außenseite des Edelstahls zu entfernen.

Vorteile:

• Bewährte und weit verbreitete Methode.
• Wirksam zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit.
• Entspricht Industriestandards wie ASTM A967.

Benachteiligungen:

• Enthält gefährliche Chemikalien.
• Erfordert ordnungsgemäße Entsorgung und Sicherheitsvorkehrungen.

Chromsäurepassivierung

Definition:
Bei der Chromsäurepassivierung wird Chromsäure zum Bilden einer schützenden Oxidschicht verwendet.

Vorteile:

• Bietet verbesserten Schutz in bestimmten anspruchsvollen Anwendungen.
• Bildet eine beständige Oxidschicht.

Benachteiligungen:

• Umweltbedenken aufgrund giftiger Abfälle.
• Abnehmende Nutzung aufgrund strenger Vorschriften.

Phosphorsäurepassivierung

Definition:
Die Passivierung mit Phosphorsäure erhöht nicht nur die Korrosionsbeständigkeit, sondern verbessert auch die Oberflächenhaftung von Beschichtungen.

Vorteile:

• Verbessert die Korrosionsbeständigkeit und Beschichtungshaftung.
• Geeignet zur Vorbereitung der Beschichtung.

Benachteiligungen:

• Weniger verbreitet als andere Methoden.
• Bei der Handhabung sind möglicherweise zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen erforderlich.

Elektrochemische Passivierung

Definition:
Bei der elektrochemischen Passivierung wird elektrischer Strom angewendet, um die Bildung einer schützenden Oxidschicht auf Edelstahl zu beschleunigen.

Vorteile:

• Bietet präzise Kontrolle über den Passivierungsprozess.
• Geeignet für hochwertige Oberflächenveredelungen.

Benachteiligungen:

• Erfordert Spezialausrüstung.
• Teurer als chemische Methoden.

Passivierung mit Zitronensäure

Definition:
Die Passivierung mit Zitronensäure ist eine umweltfreundlichere Methode, bei der Zitronensäure verwendet wird, um den gleichen Effekt wie Salpetersäure zu erzielen.

Vorteile:

• Sicherer und weniger giftig als Salpetersäure.
• Umweltfreundlich, mit weniger Entsorgungsproblemen.
• Bietet wirksamen Korrosionsschutz.
• Es ist einfacher zu handhaben und daher eine der am häufigsten verwendeten Passivierungstechniken.

Nachteile:

• Für konsistente Ergebnisse ist möglicherweise eine strengere Prozesskontrolle erforderlich.
• Entfernt Eisenverunreinigungen etwas weniger aggressiv als Salpetersäure.

Was bewirkt die Passivierung bei Edelstahl?

Die Passivierung bietet für Edelstahl mehrere Vorteile. Passivierter Edelstahl weist im Vergleich zu nicht passiviertem Edelstahl eine höhere Korrosionsbeständigkeit, eine verbesserte elektrochemische Stabilität und sauberere Oberflächen auf. Diese Vorteile machen passivierten Edelstahl haltbarer und besser geeignet für anspruchsvolle Umgebungen, in denen nicht passivierter Edelstahl anfälliger für Korrosion und Oberflächenverunreinigungen wäre.

Korrosionsbeständigkeit:

• Passivierter Edelstahl hat 5 bis 20 mal bessere Korrosionsbeständigkeit.
• Der Passivierungsfilm verhindert lokale Korrosion, wie Lochfraß, was die Lebensdauer des Materials in anspruchsvollen Umgebungen verlängert.

Änderung des Elektrodenpotentials:

• Nach der Passivierung bewegt sich das Elektrodenpotential von Edelstahl in eine positive Richtung.
• Dies verringert seine Reaktivität und verlangsamt die Metallauflösung, wodurch die Korrosionsbeständigkeit erhöht wird.

Oberflächenreinheit:

• Durch Passivierung werden Verunreinigungen entfernt, darunter kostenloses Eisen, was zu einer viel saubereren Oberfläche führt.
• Eine sauberere Oberfläche ist weniger korrosionsanfällig, wodurch die chemische Stabilität des Materials verbessert wird.

Dicke der Oxidschicht:

• Der Prozess verdickt die Chromoxidschicht, wodurch seine Schutzfähigkeiten verbessert werden.
• Eine dickere Schicht bietet besserer Schutz gegen Chemikalien und Oxidation.

Magnetismus:

• Passivierter Edelstahl, insbesondere austenitische Güten wie 304, ist normalerweise nicht magnetisch oder weist einen geringen Magnetismus auf.
• Nach der Kaltbearbeitung können einige magnetische Eigenschaften auftreten. Dies gilt jedoch auch für nicht passivierten Edelstahl nach der Kaltbearbeitung.

Oberflächenglätte:

• Passivierung verbessert oft die Oberflächenglätte, da der Prozess Verunreinigungen und freies Eisen entfernt. Eine glattere Oberfläche kann bei einigen Anwendungen die Reibung verringern und die ästhetischen Eigenschaften verbessern.

Härte:

• Passivierter Edelstahl hat im Allgemeinen etwas höhere Härte als nicht passivierter Stahl.
• Der Passivierungsprozess kann die Oberflächenhärte verbessern und so das Risiko von Verschleiß und Kratzern verringern. Die genaue Verbesserung hängt jedoch von der Materialzusammensetzung ab, wie z. B. Chrom- und Nickelgehaltund die Verarbeitungsmethode, wie Kaltverformung oder Wärmebehandlung.

Ermüdungsfestigkeit:

• Passivierung kann sich positiv auswirken Dauerfestigkeit durch Verbesserung der Oberflächenqualität und Beseitigung von Verunreinigungen.
• Eine sauberere Oberfläche mit weniger Defekten erhöht die Ermüdungsleben. Das Ausmaß der Verbesserung hängt vom ursprünglichen Zustand des Stahls und der Umgebung ab, in der er verwendet wird.

Oberflächenhaltbarkeit:

• Passivierter Edelstahl hat tendenziell bessere Oberflächenbeständigkeit, da die Passivierungsschicht zusätzlichen Schutz gegen physischen Verschleiß und Abrieb bietet.
• Diese Haltbarkeit ist besonders nützlich bei Anwendungen mit wiederholtem Kontakt oder Bewegung, wie beispielsweise rotierenden Maschinenteilen.

Schlagfestigkeit:

• Passivierter Edelstahl kann leicht verbesserte Resistenz gegenüber kleineren Stößen, da die Passivierungsschicht die Oberfläche vor Beschädigungen schützen kann.
• Dieser Effekt ist jedoch minimal und die Gesamt Schlagfestigkeit bleibt weitgehend von der Legierungsart und der Wärmebehandlung abhängig.

Elektrische Leitfähigkeit:

• Passivierter Edelstahl kann eine etwas geringere elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Die Passivierungsschicht erhöht den Oberflächenwiderstand, die Auswirkung ist jedoch normalerweise gering und hat keinen großen Einfluss auf die Gesamtleitfähigkeit.

Oxidationsbeständigkeit:

• Passivierung verbessert die Oxidationsbeständigkeit durch Bildung einer stabilen Oxidschicht. Diese Schicht schützt den Edelstahl vor Reaktionen mit Sauerstoff und verringert so das Risiko einer Oberflächenoxidation.

Reduzierter Wartungsbedarf:

• Durch die Passivierung entsteht eine sauberere, stabilere Oberfläche, die weniger korrosionsanfällig ist. Dies bedeutet, dass weniger häufige Wartung erforderlich ist und die Ausfallzeiten bei kritischen Anwendungen reduziert werden.

Langfristige wirtschaftliche Vorteile:

• Passivierter Edelstahl hält in korrosiven Umgebungen länger, was zu geringeren Ersatz- und Reparaturkosten führt. Die anfängliche Investition in die Passivierung zahlt sich durch die Reduzierung langfristiger Kosten aus.

Wie passiviert man Edelstahl?

1. Reinigung:

Entfernen Sie zunächst alle Oberflächenverunreinigungen wie Fett, Öl und Schmutz. Dieser Schritt stellt sicher, dass die Oberfläche für den Passivierungsprozess sauber ist.

2. Passivierung:

Tauchen Sie den gereinigten Edelstahl in eine Säurelösung, normalerweise Salpeter- oder Zitronensäure. Ein typisches Salpetersäurebad enthält 20-45%-Säure bei 21-32 °C für mindestens 30 Minuten. In bestimmten Fällen wird Natriumdichromat hinzugefügt, um die Bildung der Oxidschicht zu beschleunigen. Es werden jedoch auch sicherere Alternativen wie Passivierungsgeräte mit Zitronensäure verwendet, um den Prozess zu verbessern.

3. Neutralisation und Spülung:

Nach der Passivierung neutralisieren Sie die Teile mit einem Natriumhydroxidbad. Anschließend mit Süßwasser abspülen und vollständig trocknen. Dieser Schritt stellt sicher, dass alle Säurerückstände entfernt werden.

4. Testen:

Testen Sie die passivierte Oberfläche, um ihre Wirksamkeit zu bestätigen. Übliche Tests umfassen Feuchtigkeitseinwirkung, Hitze oder Salzsprühnebel, um die Rost- und Korrosionsbeständigkeit zu prüfen.

Bei diesem Vorgang wird das Oberflächeneisen entfernt, die Oxidschicht wird wiederhergestellt und sämtliche Schweißnebenprodukte und Verunreinigungen werden entfernt.

Worauf Sie bei der Edelstahlpassivierung achten müssen

1. Blitzschlag (unkontrollierte Korrosion):
   Passivierung kann bei unsachgemäßer Handhabung zu unkontrollierter Korrosion führen. Der Blitzangriff führt zu dunklen, geätzten Oberflächen, was das Gegenteil von dem ist, was der Passivierungsprozess erreichen soll.
2. Kontaminierte Säurelösung:
   Um Blitzeinschläge zu vermeiden, ist es wichtig, die Säurelösung frei von Verunreinigungen zu halten. Regelmäßiger Austausch des Säurebads durch eine frische Lösung verhindert die Ansammlung von Verunreinigungen.
3. Wasserqualität:
   Verwenden Sie hochwertiges Wasser, z. B. Umkehrosmose- oder deionisiertes Wasser, mit einem niedrigeren Chloridgehalt als Leitungswasser. Dadurch wird das Risiko von Blitzeinschlägen und anderen Korrosionsproblemen verringert.
4. Mischen verschiedener Edelstahlsorten:
   Vermeiden Sie die gemeinsame Passivierung verschiedener Edelstahlsorten, wie der Serien 300 und 400, im selben Bad. Dies kann zu galvanischer Korrosion führen, bei der das unedlere Metall schneller korrodiert.

Durch Befolgen dieser Vorsichtsmaßnahmen verläuft der Passivierungsprozess effektiver und potenzielle Probleme werden vermieden.

So testen Sie, ob Edelstahl passiviert ist

Um sicherzustellen, dass Edelstahl ordnungsgemäß passiviert wurde, sind Tests unerlässlich. Die Qualität und das Vorhandensein der Passivierungsschicht können mit verschiedenen Methoden überprüft werden.

1. Wasserimmersionstest

Tauchen Sie den Edelstahl in Wasser. Wenn nach einer gewissen Zeit kein Rost oder keine Verfärbung auftritt, deutet dies auf eine ordnungsgemäße Passivierung hin.

2. Salzsprühtest

Setzen Sie den Stahl einer Salzsprühnebelumgebung aus. Eine passivierte Oberfläche sollte über einen längeren Zeitraum keinen Rost aufweisen.

3. Kupfersulfat-Test

Tragen Sie eine Kupfersulfatlösung auf den Stahl auf. Wenn sich keine Kupferablagerungen bilden, ist die Oberfläche ordnungsgemäß passiviert.

4. Feuchtigkeitstest

Platzieren Sie den Edelstahl in einer Umgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit. Kein Rost oder Korrosion bestätigt, dass die Passivierungsschicht wirksam ist.

5. Oxidationstest

Verwenden Sie ein Oxidationsmittel auf der Oberfläche. Oxidationsbeständigkeit weist auf eine erfolgreiche Passivierung hin.

6. Blauer Punkttest

Tragen Sie die Blue Dot-Lösung auf eine trockene Edelstahloberfläche auf. Wenn innerhalb von 30 Sekunden keine blauen Flecken erscheinen, ist die Passivierungsschicht gut.

7. Analyse der chemischen Zusammensetzung

Analysieren Sie Oberflächenelemente wie Eisen, Chrom und Nickel um eine erfolgreiche Passivierung zu bestätigen. Reduziertes Eisen und ausreichend Chrom weisen auf eine geeignete schützende Oxidschicht hin und stellen sicher, dass das Material den Korrosionsbeständigkeitsstandards entspricht.

Diese Tests stellen sicher, dass der Edelstahl einsatzbereit ist und über eine starke Passivierungsschicht für Korrosionsbeständigkeit verfügt.

Was die Passivierung von Edelstahl nicht kann

• Keine Elektrolyse:
  Bei der Passivierung handelt es sich um eine chemische Behandlung und nicht um einen elektrochemischen Prozess. Dabei werden keine elektrischen Ströme auf die Metalloberfläche aufgebracht.
• Skala kann nicht entfernt werden:
  Durch Passivierung werden keine starken Zunder- oder Oxidschichten entfernt, die durch Wärmebehandlung oder Schweißen entstanden sind. Bei stark verzunderten Oberflächen ist eine Vorreinigung erforderlich.
• Kein Farblayer:
  Passivierung ist keine Beschichtung wie Farbe. Es bildet sich eine dünne, unsichtbare Oxidschicht, fügt der Oberfläche jedoch keine physikalische Schicht hinzu.
• Verhindert Korrosion nicht vollständig:
  Durch die Passivierung wird zwar die Korrosionsbeständigkeit verbessert, jedoch ist der Edelstahl dadurch nicht völlig immun gegen Korrosion, insbesondere in rauen Umgebungen.
• Kann andere Rostschutzmethoden nicht ersetzen:
  Die Passivierung sollte nicht als Ersatz für andere Rostschutzmaßnahmen, wie etwa das Auftragen von Schutzbeschichtungen oder regelmäßige Wartung, angesehen werden.
• Behebt keine Oberflächendefekte:
  Oberflächenfehler wie Kratzer oder Löcher werden durch Passivierung nicht repariert. Der Prozess erhöht lediglich die Widerstandsfähigkeit der Oberfläche, glättet aber keine Fehler.

Edelstahlsorten zur Passivierung

Edelstahlsorten, die eine Passivierung erfordern

Edelstahl, der geschweißt wird oder extrem korrosiven Umgebungen ausgesetzt ist, muss passiviert werden, um Korrosionsbeständigkeit und Langlebigkeit zu gewährleisten. Dazu gehören verschiedene Edelstahlsorten, wie z. B. austenitischer (passivierter 18-8-Edelstahl), ferritischer, martensitischer, Duplex-, ausscheidungsgehärteter und medizinischer Edelstahl.

Edelstahlsorten, die selten passiviert werden müssen

Bestimmte Edelstahlsorten verfügen über eine hohe natürliche Korrosionsbeständigkeit und daher ist eine Passivierung selten erforderlich.

Edelstahl mit hohem Chromanteil

Wie zum Beispiel 446 bildet eine starke Oxidschicht, die in den meisten Umgebungen normalerweise ausreichend Schutz bietet.

Edelstahl mit hoher Nickellegierung

Wie zum Beispiel 904L verfügt aufgrund seines Nickel-, Chrom- und Molybdängehalts über eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und muss daher selten passiviert werden.

Obwohl bei diesen Typen oft keine Passivierung erforderlich ist, kann sie in bestimmten, anspruchsvollen Umgebungen dennoch nützlich sein.

Welche anderen Metalle außer Edelstahl können passiviert werden?

Passivierung kann auch auf Metalle wie Eisen, Aluminium, Kupfer und bestimmte Übergangsmetalle wie Molybdän, Nickel, Tantal, Niob und Wolfram angewendet werden. Einige Metalle wie Blei und Zink-Aluminium-Legierungen werden jedoch nicht passiviert, da sie keine stabile Oxidschicht bilden können.

Aluminium:

Passivierungsmethode: Eintauchen in Chromat- oder Phosphatlösung.
Wirkung: Erzeugt eine schützende Oxidschicht, die die Korrosionsbeständigkeit erhöht und die Oberfläche für zusätzliche Behandlungen wie Lackieren oder Eloxieren vorbereitet.

Titan:

Passivierungsmethode: Salpetersäurebehandlung zum Entfernen von Oberflächenverunreinigungen.
Wirkung: Stärkt die natürliche Oxidschicht und verbessert die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere bei medizinischen Anwendungen.

Kupfer und Kupferlegierungen:

Passivierungsmethode: Mit Natriumcarbonat- oder Benzotriazollösungen behandelt.
Wirkung: Bildet einen stabilen Schutzfilm, der Anlaufen und Umweltkorrosion reduziert.

Zink:

Passivierungsmethode: Lösungsglühen auf Chromatbasis.
Wirkung: Es bildet sich ein dünner Schutzfilm, der die Korrosionsbeständigkeit insbesondere bei galvanisiertem Zink erhöht.

Kohlenstoffstahl:

Passivierungsmethode: Behandlung mit Phosphatlösung.
Wirkung: Bildet eine schützende Phosphatschicht, die die Korrosionsbeständigkeit erhöht und die Lackhaftung verbessert.

Was passiert, wenn Edelstahl nicht passiviert wird?

Wenn Edelstahl nicht passiviert wird, wird er anfälliger für Korrosion, insbesondere unter rauen Bedingungen. Verunreinigungen wie freies Eisen können auf der Oberfläche verbleiben und im Laufe der Zeit zu Rost und lokaler Korrosion führen.

Wie lange hält die Passivierung bei Edelstahl?

Die Passivierung kann mehrere Jahre anhalten, die genaue Dauer hängt jedoch von der Umgebung und den Belastungsbedingungen ab. In stark korrosiven Umgebungen muss die Passivierung möglicherweise häufiger erneuert werden.

Muss Edelstahl 316 passiviert werden?

Ja, Edelstahl 316 benefits from passivation, especially if it has been welded or exposed to contaminants. Passivation enhances its corrosion resistance, making it more durable in harsh conditions.

Kann man Edelstahl mit Essig passivieren?

Essig (Essigsäure) wird normalerweise nicht zum Passivieren von Edelstahl verwendet, da er nicht so wirksam ist wie stärkere Säuren wie Salpeter- oder Zitronensäure. Er reinigt zwar die Oberfläche, bildet aber keine schützende Oxidschicht.

Wie entfernt man die Passivierung von Edelstahl?

Passivierung kann durch abrasive Methoden wie Sandstrahlen oder chemische Behandlungen wie Beizen entfernt werden. Diese Prozesse entfernen die schützende Oxidschicht von der Oberfläche.

Ist passivierter Edelstahl leitfähig?

Ja, passivierter Edelstahl ist immer noch leitfähig. Der Passivierungsprozess bildet eine dünne, nichtleitende Oxidschicht, beeinträchtigt jedoch die elektrische Leitfähigkeit des Materials insgesamt nicht wesentlich.

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Passivierung verbessert Edelstahl, indem sie Verunreinigungen entfernt und die Korrosionsbeständigkeit verbessert. Sie erhöht die Haltbarkeit, reduziert den Wartungsaufwand und ist besonders nützlich nach dem Schweißen oder bei der Einwirkung rauer Umgebungen. Obwohl sie nicht immer notwendig ist, ist sie für viele Anwendungen in der Industrie, im Schiffsbau und in der Medizin äußerst nützlich.

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