Beizen (Metall) - Pickling (metal)
Beizen ist eine Metalloberflächenbehandlung , die verwendet wird, um Verunreinigungen wie Flecken, anorganische Verunreinigungen und Rost oder Zunder von Eisenmetallen , Kupfer , Edelmetallen und Aluminiumlegierungen zu entfernen . Eine Lösung namens Beizlauge , die normalerweise Säure enthält , wird verwendet, um die Oberflächenverunreinigungen zu entfernen. Es wird häufig verwendet, um Stahl in verschiedenen Stahlherstellungsprozessen zu entzundern oder zu reinigen .
Verfahren
Metalloberflächen können Verunreinigungen enthalten, die die Nutzung des Produkts oder die Weiterverarbeitung wie Metallbeschichtung oder Lackierung beeinträchtigen können. Zur Reinigung dieser Verunreinigungen werden üblicherweise verschiedene chemische Lösungen verwendet. Starke Säuren wie Salzsäure und Schwefelsäure sind üblich, aber für verschiedene Anwendungen werden verschiedene andere Säuren verwendet . Zur Reinigung von Metalloberflächen können auch alkalische Lösungen verwendet werden. Lösungen enthalten meist auch Zusätze wie Netzmittel und Korrosionsinhibitoren . Beizen wird manchmal als Säurereinigung bezeichnet, wenn keine Entzunderung erforderlich ist.
Viele Heißbearbeitungsprozesse und andere Prozesse, die bei hohen Temperaturen ablaufen, hinterlassen eine sich verfärbende Oxidschicht oder Zunder auf der Oberfläche. Um den Zunder zu entfernen, wird das Werkstück in einen Bottich mit Beizlauge getaucht. Vor dem Kaltwalzen wird warmgewalzter Stahl normalerweise durch eine Beizlinie geführt, um den Zunder von der Oberfläche zu entfernen.
Die primäre Säure in der Stahlherstellung ist Salzsäure , obwohl Schwefelsäure früher häufiger war. Salzsäure ist teurer als Schwefelsäure, aber sie beizt viel schneller und minimiert gleichzeitig den Verlust von Grundmetallen. Die Geschwindigkeit ist eine Voraussetzung für die Integration in automatische Stahlwerke , die mit Geschwindigkeiten von bis zu 800 ft/min (≈243 m/min) produzieren.
Kohlenstoffstähle mit einem Legierungsgehalt kleiner oder gleich 6% werden häufig in Salz- oder Schwefelsäure gebeizt. Stähle mit einem Legierungsanteil über 6% müssen in zwei Schritten gebeizt werden und es werden andere Säuren wie Phosphor- , Salpeter- und Flusssäure verwendet . Rost- und säurebeständige Chrom-Nickel-Stähle werden traditionell in einem Bad aus Fluss- und Salpetersäure gebeizt. Die meisten Kupferlegierungen werden in verdünnter Schwefelsäure gebeizt, sondern Messing wird in konzentrierter Schwefelsäure und Salpetersäure gemischt mit eingelegtem Natriumchlorid und Ruß .
Bei der Schmuckherstellung wird Beizen verwendet, um die Kupferoxidschicht zu entfernen, die beim Erhitzen von Kupfer und Sterlingsilber während des Lötens und Glühens entsteht. Ein Beizbad mit verdünnter Schwefelsäure wird traditionell verwendet, kann aber durch Zitronensäure ersetzt werden .
Stahlblech, das einer Säurebeizung unterzogen wird, oxidiert (rostet), wenn es atmosphärischen Bedingungen mit mäßig hoher Luftfeuchtigkeit ausgesetzt wird. Aus diesem Grund wird ein dünner Ölfilm oder eine ähnliche wasserfeste Beschichtung aufgetragen, um eine Barriere gegen Feuchtigkeit in der Luft zu schaffen. Dieser Ölfilm muss später für viele Fertigungs-, Beschichtungs- oder Lackierprozesse entfernt werden.
Nachteile
Die Säurereinigung hat insofern Einschränkungen, als sie aufgrund ihrer Korrosivität schwierig zu handhaben ist und nicht auf alle Stähle anwendbar ist. Bei einigen Legierungen und kohlenstoffreichen Stählen wird die Wasserstoffversprödung zu einem Problem. Der Wasserstoff aus der Säure reagiert mit der Oberfläche und versprödet diese und verursacht Risse. Aufgrund seiner hohen Reaktivität mit behandelbaren Stählen müssen Säurekonzentrationen und Lösungstemperaturen unter Kontrolle gehalten werden, um die gewünschten Beizraten zu gewährleisten.
Abfallprodukte
Beizschlamm ist das Abfallprodukt des Beizens und umfasst saure Spülwässer, Eisenchloride sowie Metallsalze und Abfallsäure. Verbrauchte Gurkenlauge wird von der EPA als gefährlicher Abfall eingestuft . Beizschlämme aus Stahlprozessen werden in der Regel mit Kalk neutralisiert und auf einer Deponie entsorgt, da die EPA ihn nach der Neutralisation nicht mehr als Sondermüll einstuft. Der Kalkneutralisationsprozess erhöht den pH-Wert der verbrauchten Säure. Das Abfallmaterial wird einer Abfallbestimmung unterzogen, um sicherzustellen, dass keine charakteristischen oder aufgelisteten Abfälle vorhanden sind. Seit den 1960er Jahren wird Salzsäurebeizschlamm häufig in einer Salzsäure-Regenerationsanlage behandelt , die einen Teil der Salzsäure und des Eisenoxids zurückgewinnt . Der Rest muss noch neutralisiert und auf Deponien entsorgt oder aufgrund der Abfallprofilanalyse als gefährlicher Abfall behandelt werden. Die Nebenprodukte des Beizens mit Salpetersäure sind für andere Industrien, wie beispielsweise Düngemittelverarbeiter, vermarktbar .
Alternativen
Smooth Clean Surface (SCS) und Eco Pickled Surface (EPS) sind neuere Alternativen. Beim SCS-Verfahren wird die Oberflächenoxidation mit einem speziellen Schleifmittel entfernt und das Verfahren macht die Oberfläche beständig gegen nachfolgende Oxidation, ohne dass ein Ölfilm oder eine andere Schutzbeschichtung erforderlich ist. EPS ist ein direkterer Ersatz für das Säurebeizen. Säurebeizen beruht auf chemischen Reaktionen, während EPS mechanische Mittel verwendet. Das EPS-Verfahren gilt im Vergleich zum sauren Beizen als "umweltfreundlich" und verleiht Kohlenstoffstahl eine hohe Rostbeständigkeit, wodurch das Auftragen der Ölbeschichtung, die bei säuregebeiztem Kohlenstoffstahl als Oxidationsbarriere dient, überflüssig wird.
Alternative Verfahren sind auch mechanische Reinigungen wie Sandstrahlen , Schleifen , Drahtbürsten und Hydroreinigen . Diese Verfahren liefern im Allgemeinen keine so saubere Oberfläche wie das Beizen.