TÌM HIỂU VỀ TẨY MỐI HÀN INOX (Cleaning stainless steel welds)

Trong quá trình gia công cơ khí inox, để nối các chi tiết với nhau thường sử dụng phương pháp hàn. Nhưng sau khi hàn, inox tại vị trí mối nối và bề mặt xung quanh mối hàn bị cháy đen, vết cháy hàn bao gồm cặn oxit kim loại và bụi bẩn làm mất tính thẩm mỹ của sản phẩm. Để làm sạch vết cháy hàn thường sử dụng 3 phương pháp làm sạch: Phương pháp vật lý, phương pháp hóa học, phương pháp điện hóa.

Phương pháp vật lý như sử dụng máy mài, máy đánh bóng, sáp đánh bóng để tác động cơ học bên ngoài bề mặt inox. Khi đó lớp màng thụ động ngăn cản sự ăn mòn của inox cũng bị loại bỏ cùng với vết cháy hàn nên khả năng thụ động, chống ăn mòn của inox bị giảm. Phương pháp này chỉ phù hợp để tẩy các vết hàn trên bề mặt bằng phẳng, các chi tiết có thiết kế đơn giản, vị trí các mối hàn không bị khuất, dễ tẩy và đòi hỏi người thợ có tay nghề cao để bề mặt inox sau khi tẩy không bị xước, có vết lõm. Sử dụng phương pháp này sẽ tốn nhiều thời gian nhất.

Phương pháp hóa học là phương pháp sử dụng hỗn hợp các chất có khả năng ăn mòn cao để làm sạch hoàn toàn mối hàn. Có thể sử dụng axit mạnh gốc florua hoặc nước cường toan để tẩy sạch vết hàn, khi đó lớp màng thụ động bên ngoài inox cũng bị loại bỏ nhưng một lớp màng thụ động mới sẽ được hình thành nên khả năng chống ăn mòn của inox vẫn được duy trì. Do khả năng ăn mòn của axit với bề mặt inox là như nhau, không có sự ưu tiên tại các đỉnh nhám trên bề mặt của inox nên bề mặt inox chỉ được tẩy sạch vết hàn, không được nhẵn bóng. Phương pháp này không đòi hỏi người thợ có tay nghề cao, cách sử dụng đơn giản, thời gian tẩy tương đối nhanh.

Phương pháp điện hóa là phương pháp sử dụng dòng điện một chiều kết hợp với dung dịch có khả năng ăn mòn, độ điện ly cao, độ dẫn điện tốt, bền ở nhiệt độ cao để tẩy sạch vết hàn, đồng thời tạo lớp thụ động mới chống ăn mòn cho inox. Hơn nữa, khi mối hàn được làm sạch bằng phương pháp điện hóa, do dung dịch tẩy bóng ăn mòn các đỉnh nhám trên bề mặt nhanh hơn so với các vị trí trũng nên bề mặt được ăn mòn đồng đều hơn, nhẵn hơn, do đó bề mặt có thể sáng bóng như gương. Từ điểm này, có thể thấy phương pháp điện hóa làm sạch vết cháy hàn trên inox hiệu quả hơn phương pháp vật lý và phương pháp hóa học. Phương pháp này không đòi hỏi người thợ có tay nghề cao, sử dụng đơn giản, thời gian tẩy nhanh nhưng cần đầu tư máy móc.

Vì phương pháp hóa học và phương pháp điện hóa có những ưu điểm hơn so với phương pháp vật lý nên bài viết sẽ tập trung vào 2 phương pháp này.

Trước khi tẩy mối hàn inox, cần xác định xem đó là loại inox gì để chọn loại hóa chất phù hợp, do các loại inox khác nhau có thành phần khác nhau nên khả năng ăn mòn của axit đối với từng loại inox cũng khác nhau. Các loại inox có hàm lượng crom thấp hơn, sau khi sử dụng hỗn hợp axit quá mạnh, ăn sâu vào trong lòng inox để tẩy sạch vết hàn cháy và lớp màng thụ động hiện có thì lớp màng thụ động mới hình thành không đủ bao phủ toàn bộ bề mặt inox dẫn tới khả năng chống ăn mòn của inox bị giảm, inox rất dễ bị gỉ tại các vị trí mối hàn.

Các loại axit thường sử dụng trong hỗn hợp tẩy là axit vô cơ như nitric acid (HNO3), hydrofluoric acid (HF), sulphuric acid (H2SO4), hydrochloric acid (HCl), axit hữu cơ như Citric acid, glycolic acid, and formic acid.

Nitric acid có tính oxi hóa mạnh, phản ứng nhanh nên thường được dùng trong các dung dịch tẩy bóng, kết hợp với các axit khác để loại bỏ các oxit kim loại có trong vết hàn. Ngoài ra, với hàm lượng cao, nó còn giúp tạo môi trường thụ động cho thành phần crom có trong inox, khi đó crom không tham gia nhiều vào trong phản ứng với hỗn hợp axit nên tạo được lớp màng crom oxit thụ động nhiều hơn và bao phủ hết bề mặt inox bị hàn cháy giúp cho các vị trí mối hàn không bị han gỉ trở lại.

Các loại axit khác trong hỗn hợp có tính axit, tham gia phản ứng với các oxit kim loại để tẩy sạch chúng, đồng thời cũng làm giảm lớp màng oxit bảo vệ trên bề mặt inox và do đó khiến lớp kim loại bên dưới dễ bị ăn mòn sâu, nếu chỉ sử dụng những loại axit này thì bề mặt inox sau khi tẩy rất dễ bị gỉ lại.

Nếu kết hợp 2 loại axit trên sẽ tạo ra được một loại hỗn hợp vừa có khả năng tẩy sạch vừa có khả năng thụ động hóa inox. Hỗn hợp được sử dụng rộng rãi nhất là hỗn hợp của HNO3 với HF, nếu có nhiều HNO3 (oxy hóa) so với HF, tác dụng tẩy sẽ càng giảm nhanh do kim loại bị thụ động mạnh. Ngược lại, nếu tỷ lệ HF so với HNO3 càng cao thì quá trình tẩy càng nhanh nhưng ăn mòn mạnh, có thể dẫn tới inox bị gỉ lại sau khi tẩy. Nitric acid có tác dụng ức chế tác dụng của hydrofluoric acid. Để tránh các nguy cơ liên quan đến việc xử lý HF, nó có thể được thay thế bằng HCl để tạo thành dung dịch nitric / hydrochloric acid. Do HCl có khả năng ăn mòn sâu vào bên trong lòng inox nên tỷ lệ HNO3 so với HCl phải lớn hơn 10 để đảm bảo kim loại không bị ăn mòn nhiều và tạo được môi trường cho crom thụ động. Vì hydrochloric acid thúc đẩy sự hình thành clorua sắt nên bề mặt inox có thể bị ăn mòn rỗ, do đó cần điều chỉnh tỷ lệ giữa HNO3 với HCl sao cho phù hợp. HCl bay hơi mạnh nên trong một số trường hợp có thể thay thế HCl bằng H2SO4.

Hỗn hợp axit tẩy này thường ở trạng thái gel để khi quét lên vị trí cần tẩy sẽ không bị loang, chảy sang các vị trí inox khác, khi đó hóa chất tẩy chỉ tập trung tẩy ở vị trí mối hàn mà không làm ảnh hưởng đến bề mặt inox khác.

Nguyên lý của phương pháp điện hóa loại bỏ vết cháy mối hàn inox là đấu nối vật liệu cần tẩy sạch là inox làm cực (+) với điện cực (+) của thiết bị cấp nguồn và cực (-) là đầu dẫn có thể là đầu chổi làm bằng sợi carbon, miếng vải, nỉ có khả năng chịu hóa chất, chịu được nhiệt độ cao, đóng vai trò là vật chứa dung dịch tẩy bóng, được đấu nối với cực (-) của thiết bị cấp nguồn cho dòng điện một chiều. Khi có dòng điện chạy qua quá trình oxi hóa khử xảy ra nhanh hơn, do vậy việc chà sát đầu dẫn của cực âm lên vị trí mối hàn cần tẩy thì vết cháy hàn nhanh chóng được làm sạch ngay cả khi nồng độ chất điện li trong dung dịch thấp.

Dung dịch được sử dụng để đánh bóng điện hóa này được chia thành dung dịch có tính axit và dung dịch trung tính (giá trị pH là khoảng 7). Trước đây, người ta thường dùng dung dịch có tính axit. Tuy nhiên, việc kiểm soát, sử dụng loại dung dịch này khá khó khăn , nên trong những năm gần đây dung dịch có môi trường trung tính đã được nghiên cứu phát triển nhằm mục đích cải thiện môi trường lao động. Tuy vậy, dung dịch trung tính có tốc độ loại bỏ vết cháy hàn trên bề mặt inox chậm hơn so với dung dịch có tính axit và bề mặt inox sau chà bóng có độ nhẵn bóng kém hơn, thời gian chà bóng sẽ lâu hơn. Do đó, tùy thuộc vào yêu cầu thực tế, đối tượng cũng như mục đích mà người sử dụng lựa chọn loại dung dịch cho phù hợp.

Dung dịch tẩy bóng điện hóa môi trường axit thường sử dụng các loại axit nhẹ hơn các loại axit vô cơ sử dụng trong phương pháp hóa học. Trong quá trình chà bóng để tẩy vết hàn thì đỉnh nhám bị ăn mòn nhanh hơn, phản ứng của axit này vào các chỗ trũng trên bề mặt inox không mạnh nên bề mặt được nhẵn mịn hơn, khi chà sát lâu thì các đỉnh nhám sẽ bị san gần bằng với các chỗ trũng khác nên bề mặt có thể trở lên sáng bóng như gương. Khi tẩy bằng dung dịch có tính axit thì có thể sử dụng thêm dung dịch tẩy rửa có tính bazo nhẹ để trung hòa lượng axit còn dư trên bề mặt inox, để hạn chế tối đa inox bị gỉ lại. Khi sử dụng dung dịch này thì điện áp sử dụng để tẩy sạch vết hàn là khoảng 18 ÷ 24 (V), nếu muốn đánh bóng như gương thì điện áp cần tăng lên 24 ÷ 34 (V). Sau khi tẩy rửa nên sấy hoặc thổi khí để loại bỏ các vết nước còn đọng trên bề mặt, tránh hiện tượng bám cặn, hoặc gỉ trở lại.

Dung dịch tẩy bóng điện hóa môi trường trung tính là hỗn hợp nhiều loại muối của axit có độ điện li cao, kết hợp với các chất có khả năng đệm pH để cần bằng pH của dung dịch ở khoảng 7, trong quá trình tẩy, ở cực (+), nước bị điện phân thành H+ kết hợp với các gốc axit để tạo thành hệ axit và phản ứng với oxit kim loại tại vị trí mối hàn giúp làm sạch vết hàn nhanh chóng. Nếu chà lâu hơn thì bề mặt inox có thể sáng bóng như gương. Khi sử dụng dung dịch này thì điện áp sử dụng để tẩy sạch vết hàn sẽ khoảng 20 ÷ 24 (V), nếu muốn tẩy sáng bóng thì điện áp sử dụng là 24 ÷ 34 (V).

Dung dịch tẩy bóng điện hóa thường sử dụng những chất có độ điện li cao nên khi dòng điện chạy qua, ở cực (+), nước bị oxi hóa thành O2 sẽ nhanh chóng phản ứng với crom ở trong inox để tạo thành lớp phủ thụ động crom oxit. Khi đó bề phẳng inox vừa nhẵn bóng vừa chống ăn mòn tốt.