薄如蝉翼的钝化层有效保护不锈钢材料

众所周知，磨削抛光的表面比钢铁产品供应商提供的辊压加工表面、电镀表面有着更好的耐腐蚀性能。过去，金属材质容器表面的耐腐蚀性能主要受其结构形状的影响，例如裂缝和其他缺陷。通常情况下，这种粗略判断是正确的。但要注意的是：不锈钢则有所不同，不锈钢大约60%～70%的质量是由易腐蚀的铁原子构成的；它是依靠一层薄如蝉翼的钝化层来保护自己不被腐蚀的。这种薄如蝉翼保护层的主要成分是氧化铬，在潮湿的环境中，氧化铬与大气中的氧气发生反应而自然形成的保护层。通常情况下，在使用不锈钢材料制作的产品之前首先要进行钝化处理，以便更快地产生毫无缺陷的钝化保护层。如果保护层受损或被破坏，它可以在正常条件下重新生成，也就是所谓的“自愈”。

图1  图示仅是Bolz Intec公司所生产锈钢容器中的一小部分。人们不易察觉的是由专利OGF工艺产生的

通过OGF法提供了替代方案

这种完成生产制造后的产品，后处理通常从磨削、抛光开始。经过磨削和抛光之后，金属产品表面的晶格结构发生了很大变化。金属表面下形成了一个晶格结构发生变化的区域。这种受到干扰的区域具有不算太好的化学和物理性能。去除这层干扰区域的方法通常是电化学方法，通过电抛光工艺技术来实现。电化学方法能够均匀去除非常薄的一层“局部区域”，而不会破坏这层区域下面的金属结构。因此，接近表面的金属结构会变得更加均匀。换句话讲，尽可能去除受干扰区域的“破损晶格”，对提高零件表面的质量和特性来讲非常重要。

为此，Bolz Intec公司开发了一种申请专利保护的新型技术，即 OGF（优化研磨精加工）工艺技术。与强力磨削相比，OGF优化研磨精加工工艺技术具有接触力较小、磨料更细且抛光研磨时间更长的特点。因此，优化研磨区域结构内的晶格变化更小、深度更浅。

然而，电抛光之后的后处理也必不可少：即使电抛光的磨损很少，但也会产生一些不良后果。金属表面的磨削、研磨和抛光处理，伴随着与周围环境的相互作用。因此也就有必要根据具体零件的使用条件采取表面优化处理。

图2  材料表面（编号1.4301/304）经工业抛光研磨后的扫描电子显微镜（SEM）图像，展示了不同放大倍数下的微观切片

决定适用性 

在考察与周围环境相互作用而产生的表面特性时，本文讨论的是所谓的系统属性，要弄清楚靠近金属零件表面的材料和表面附近区域的晶格结构有着决定性的意义。化学和物理因素在这里也有着非常重要的作用和意义。

然而这种系统属性（即材料的耐腐蚀性、不同材料之间的附着性能和易清洁性能等）几乎对所有零部件都非常重要；尤其是在对这些影响因素非常敏感的应用领域中。例如，当附着在容器壁上微小颗粒的附着力（又称之为范德瓦耳斯力）大于微小颗粒重量时，哪怕是最微小的颗粒也会牢牢粘附在运输容器的内壁上，对被运输物资的质量产生重要的影响。

范德瓦耳斯力是指两个物体之间的吸引力。它们能自发地并短时间地形成相互吸引的正负两极。范德瓦耳斯力是由原子之间的弱相互作用而产生的，相互之间没有金属键那样的电子相互作用；而是由分子永久偶极和瞬间偶极引起的弱电相互作用力而相互吸引的。由于原子中负电荷载体的分布是不均匀的，因此一个偶极实际上是自发的或者有着非常暂短的“寿命期”；与之相互作用的另一个则是被“诱导”而相互吸引的。通过这种不均匀的电荷分布，因此由它们所产生的、带有相反电荷的区域能够相互吸引并粘附在一起。

图3   Bolz Intec公司其他不锈钢产品示例

源于实践的两个案例展示出更高的价值

如果有序排列的网格间距很小，范德瓦耳斯力受到的影响也很小，如果网格的结构越混乱，就越容易影响产生范德瓦斯力的暂时偶极。通过下述应用实例的考察就可以证明上述推论。

案例一为制药行业：某制药公司将其原来使用的不锈钢容器替换成了Bolz Inrec公司采用OGF工艺技术生产制造，以及电抛光技术的不锈钢容器。由于采用OGF工艺技术的容器提高了药物配方原材料的流动性、减少了药物制剂的粘附性，因此使容器的清洁时间缩短了大约30%。药品纯度的改进提高，也提高了患者使用时的安全可靠性。因为它能达到的标准远远超过严格的药品监管要求。

案例二为特种化学行业：一家工业染料生产厂在染料生产过程中使用了Bolz Intec公司生产制造的不锈钢容器。经过特殊处理的容器表面可以很好地防止染料颗粒的粘附，从而减少了20%的染料损失。随之而来的是将搅拌机的停机时间减少到最低程度。购买Bolz Intec公司OGF优化不锈钢容器的投资，也有效节省生产成本并提高染料产品的质量，从而提高了这家染料公司的市场竞争力。

关于OGF方法的总结

Bolz Intec公司OGF优化研磨精加工工艺技术形成的非晶层变得更薄，理想情况下也可以更方便、更可靠地利用电抛光技术去除。这一技术可大幅减少机械加工量；因为最佳表面的形成是通过最小的机械加工量来实现的。

该技术实现了微地形学意义上的精细平滑和无缝的表面，表面下网格的点阵错位也很少。由金属容器与容器内介质之间相互作用而产生的系统属性，例如耐腐蚀性和与微小颗粒接触时产生的粘附力也受到OGF方法的积极影响。