Thụ động hóa bề mặt inox: Cơ chế, quy trình và lợi ích chống gỉ

Thụ động hóa bề mặt inox là bước xử lý hóa học/điện hoá nhằm làm sạch sắt tự do và tối ưu lớp oxit crom tự nhiên (Cr2O3) trên bề mặt thép không gỉ, từ đó tăng mạnh khả năng chống ăn mòn. Trong “nghệ thuật hoàn thiện bề mặt inox” bên cạnh đánh bóng, đánh xước, phủ lớp, thụ động hóa là biện pháp cốt lõi để đảm bảo độ bền gỉ lâu dài.

Thụ động hóa inox là gì? Cơ chế khoa học

– Inox (≥10,5% Cr) tự hình thành màng oxit crom rất mỏng (khoảng 1–3 nm) khi tiếp xúc với oxy. Màng này bền, tự tái tạo nếu bị xước nhẹ, ngăn môi trường xâm nhập.
– Trong chế tạo (hàn, mài, gia công bằng dụng cụ thép carbon, nhiễm dầu mỡ), bề mặt thường nhiễm sắt tự do, sulfide, vảy oxit hàn… làm suy yếu tỉ lệ Cr/Fe trên bề mặt, gây gỉ nâu (tea-staining) và pitting.
– Thụ động hóa dùng dung dịch thích hợp (thường là axit nitric hoặc axit citric; hoặc điện hoá) để:
+ Hòa tan sắt tự do, tạp chất bề mặt.
+ Tăng tỉ lệ Cr/Fe ngay lớp ngoài cùng, thúc đẩy hình thành màng Cr2O3 đồng đều, dày và ổn định hơn.

Vì sao thụ động hóa làm inox “khó gỉ” hơn?

– Loại bỏ sắt tự do: Sắt tự do là mồi cho ăn mòn cục bộ; khi bị hòa tan, nguy cơ gỉ nâu giảm rõ rệt.
– Tối ưu thành phần bề mặt: Tăng tỷ lệ crom và molypden ở vài nanomet đầu giúp nâng thế ăn mòn tự do (Ecorr), cải thiện chống pitting/chloride.
– Đồng nhất bề mặt sau chế tạo: Hàn, mài khiến bề mặt “loang” về hóa học. Thụ động hóa tạo trạng thái bề mặt ổn định, đồng đều, giảm hiện tượng loang màu, ố vàng.
– Hỗ trợ vệ sinh ngành sạch: Bề mặt inert hóa tốt ít bám bẩn, dễ CIP/SIP trong thực phẩm, dược phẩm, y tế.

Khi nào cần thụ động hóa?

– Sau hàn (đặc biệt vùng đổi màu nhiệt): cần tẩy gỉ (pickling) loại bỏ vảy oxit trước, rồi mới thụ động hóa.
– Sau gia công cơ, phun bi, mài bằng dụng cụ từng dùng cho thép carbon.
– Sau khắc/khía, lắp ghép, hoặc khi thấy ố gỉ/tea-staining gần biển hoặc môi trường Cl-.
– Trước khi đưa vào vận hành yêu cầu vệ sinh cao (F&B, dược, bán dẫn).
Lưu ý: Thụ động hóa không thay thế pickling. Nó không loại được vảy oxit dày do hàn/nhiệt. Luôn làm sạch – tẩy gỉ – rồi mới thụ động hóa.

Phân biệt: làm sạch – tẩy gỉ (pickling) – thụ động hóa – điện hoá

– Làm sạch: Tẩy dầu, bụi, sơn, bột mài; loại bỏ chất hữu cơ.
– Tẩy gỉ (pickling): Dung dịch chứa HF + HNO3 hoặc gel chuyên dụng để hòa tan vảy oxit hàn và lớp bề mặt bị giàu sắt. Rất nguy hiểm (HF), cần PPE nghiêm ngặt.
– Thụ động hóa: Dung dịch HNO3 hoặc C6H8O7 (axit citric) để loại sắt tự do và tái lập màng Cr2O3. Ít tấn công kim loại nền nếu chọn tham số đúng.
– Điện hoá (electropolishing): Hòa tan có kiểm soát đỉnh vi nhấp nhô trong điện phân axit, tạo bề mặt rất nhẵn, giàu crom, chống gỉ vượt trội; tiêu chuẩn ASTM B912.

Các phương pháp thụ động hóa phổ biến

Axit nitric (HNO3)

– Ưu điểm: Khả năng hòa tan sắt tự do mạnh; xử lý tốt mác dễ nhiễm sulfide như 303; quy trình truyền thống, tiêu chuẩn hóa rộng.
– Nhược: An toàn – môi trường nghiêm ngặt; hơi độc; một số công thức cũ dùng Na2Cr2O7 (Cr6+) không còn khuyến khích.
– Tham số điển hình (tham khảo ASTM A967/A380): 20–25% HNO3, 21–50°C, 20–30 phút; tráng nước DI kỹ sau xử lý.

Axit citric (C6H8O7)

– Ưu điểm: An toàn, thân thiện môi trường, không Cr6+; hiệu quả cao nếu bề mặt đã sạch/tẩy gỉ tốt; phù hợp F&B, dược.
– Nhược: Cần kiểm soát sạch bề mặt trước; với 303 giàu sulfide có thể cần thời gian/chelant bổ sung.
– Tham số điển hình (ASTM A967 – Citric): 4–10% dung dịch citric, 25–60°C, 10–30 phút; tráng nước DI.

Thụ động hóa điện hoá (electropolishing, ASTM B912)

– Tạo bề mặt siêu nhẵn (Ra có thể <0,2 μm), tăng hàm lượng Cr bề mặt, giảm điểm bám bẩn và tăng đáng kể thời gian chống tea-staining ở vùng ven biển. - Chi phí cao hơn nhưng ROI tốt cho linh kiện cao cấp, đường ống dược, thiết bị y tế.

Quy trình chuẩn từng bước (gợi ý thực hành)

1) Khảo sát và che chắn:
– Xác định mác thép (304/304L, 316/316L, 201, 303, duplex…), trạng thái bề mặt (hàn, đánh xước, BA, 2B…).
– Che chắn gioăng, nhựa, kính, khu vực không cần xử lý.

2) Tẩy dầu/mỡ:
– Dùng dung dịch kiềm nhẹ hoặc chất tẩy dầu trung tính; chà nylon; tráng nước DI; kiểm tra “water-break-free” (màng nước không tách giọt).

3) Tẩy gỉ/pickling nếu có vảy hàn hoặc ố màu:
– Gel pickling HF+HNO3 cho vùng hàn, theo HDSD của nhà sản xuất; thời gian tối thiểu để tránh ăn mòn quá mức; trung hòa và tráng kỹ.
– An toàn HF bắt buộc: găng butyl/neoprene, kính, mặt nạ; chuẩn bị gel calcium gluconate 2,5% cho sơ cứu da.

4) Thụ động hóa:
– Chọn HNO3 (hiệu quả mạnh) hoặc Citric (an toàn, thân thiện). Dùng bể ngâm, phun tuần hoàn, hoặc gel tại chỗ đối với cấu kiện lớn/ít di động.
– Điều kiện tham khảo:
+ HNO3 20–25% ở 25–45°C, 20–30 phút.
+ Citric 4–10% ở 25–60°C, 10–30 phút.
– Khuấy nhẹ/tuần hoàn giúp đồng nhất, tránh bọt khí.

5) Tráng – trung hòa – sấy khô:
– Tráng nước DI nhiều bậc cho đến pH trung tính bề mặt.
– Với nitric, có thể dùng bước trung hòa kiềm nhẹ (0,5–1% Na2CO3) rồi tráng DI.
– Sấy bằng khí sạch/không dầu; hạn chế vết nước khoáng.

6) Kiểm tra chất lượng:
– Kiểm tra water-break-free (bề mặt ướt đều).
– Thử CuSO4 (ASTM A967) phát hiện sắt tự do: không được xuất hiện lớp đồng lắng.
– Thử độ ẩm cao/nước muối theo phương pháp trong A967/A380 khi cần. Với các ứng dụng nghiêm ngặt, dùng Ferroxyl test (ASTM A380) hoặc phân tích XPS/Auger.

7) Ghi nhận – đóng gói:
– Ghi điều kiện xử lý, loại hóa chất, thời gian, kết quả test.
– Đóng gói bằng vật liệu sạch, không có bụi thép carbon; bảo quản khô, thông thoáng.

Lưu ý theo mác thép và môi trường

– 304/304L: Thụ động hóa bằng citric thường đủ; ven biển nên cân nhắc electropolishing hoặc chuyển 316L cho chloride cao.
– 316/316L: Có Mo, chống pitting tốt; thụ động hóa giúp tối đa hóa lợi thế này. Vẫn cần vệ sinh định kỳ ở môi trường chloride.
– 201: Hàm lượng Ni thấp, nhạy gỉ hơn; thụ động hóa giúp nhưng không thể thay thế việc chọn đúng mác trong môi trường khắc nghiệt.
– 303 (dễ gia công): Nhiều sulfide Mn; ưu tiên HNO3 hoặc quy trình citric tối ưu có chelant để loại sulfide.
– Martensitic/PH (410, 420, 17-4PH): Dễ bị khắc mờ với acid mạnh; dùng citric hoặc nitric loãng, nhiệt độ thấp, thời gian ngắn.
– Duplex: Thụ động hóa hiệu quả, chú ý tẩy sạch vảy hàn để tránh ăn mòn kẽ.

Những lỗi thường gặp và cách tránh

– Dùng bàn chải/thép mài đã chà thép carbon: mang sắt tự do lên inox. Dùng bàn chải inox riêng, sạch.
– Bỏ qua bước tẩy gỉ trước thụ động hóa: vảy hàn còn nguyên, acid thụ động hóa không loại được.
– Tráng nước máy cứng, để khô tự nhiên: để lại vết muối khoáng, điểm khởi phát ăn mòn. Ưu tiên nước DI và sấy khí sạch.
– Dồn hóa chất ở khe kín không rửa kỹ: gây ăn mòn khe sau này. Thiết kế thoát, tráng cưỡng bức.
– Xử lý thụ động hóa ngoài trời gió mạnh, khô nhanh: phản ứng không đủ thời gian. Che chắn, giữ ẩm bề mặt trong suốt thời gian tiếp xúc.

Kiểm chứng hiệu quả: cách thử và tiêu chí đạt

– Water-break-free: Màng nước liên tục, không “vỡ giọt”.
– Thử CuSO4 (ASTM A967): Không có đồng lắng sau thời gian quy định.
– Thử môi trường ẩm/sương muối (theo lựa chọn trong A967) cho đánh giá so sánh lô/loạt.
– Đo điện thế ăn mòn (EIS/ECorr) hoặc XPS/Auger với yêu cầu R&D/QA nâng cao.
Tiêu chí thực tế: bề mặt sạch, đồng đều, không ố màu sau chạy thử môi trường mô phỏng; hồ sơ quy trình đầy đủ.

Chi phí – lợi ích

– Chi phí thụ động hóa thường nhỏ so với tổng giá trị chế tạo, nhưng giảm mạnh rủi ro bảo hành, dừng máy, thay thế do gỉ sét.
– Ở công trình ven biển Hà Nội – Quảng Ninh – Hải Phòng, thực hiện đúng quy trình (pickling + thụ động hóa + vệ sinh định kỳ) giúp giảm rõ tea-staining trên 304; tốt nhất cân nhắc 316L/electropolishing cho ngoài trời.

An toàn – môi trường

– Trang bị PPE đầy đủ (găng chống hóa chất, kính, mặt nạ, tạp dề), thông gió tốt, bồn poly/FRP chịu acid.
– Tránh công thức có Cr6+; ưu tiên citric hoặc nitric không dichromate; xử lý nước thải trung hòa pH, tuân thủ quy định môi trường hiện hành.
– HF chỉ dùng cho pickling vảy hàn, do chuyên gia được huấn luyện giám sát.

Câu hỏi thường gặp

– Thụ động hóa có phủ lớp gì lên inox không? Không. Nó tối ưu màng oxit tự nhiên ở cấp độ nano.
– Bao lâu phải thụ động hóa lại? Không định kỳ bắt buộc. Nhưng sau sửa chữa hàn, mài hoặc khi xuất hiện dấu ố, nên vệ sinh, tẩy gỉ cục bộ và thụ động hóa lại.
– Có thay thế được mác thép? Không. Thụ động hóa không biến 201 thành 316. Luôn chọn đúng mác theo môi trường.

Kết luận

Thụ động hóa là bước then chốt để “kích hoạt” khả năng chống gỉ vốn có của inox: loại sắt tự do, tăng tỉ lệ Cr/Fe bề mặt, ổn định màng Cr2O3, từ đó giảm gỉ nâu và pitting rõ rệt. Quy trình hiệu quả phải: làm sạch kỹ – tẩy gỉ vảy hàn – chọn phương pháp thụ động hóa phù hợp (nitric/citric/điện hoá) – tráng DI – kiểm tra theo tiêu chuẩn. Làm tốt những bước này giúp thiết bị inox bền đẹp, an toàn vệ sinh và tối ưu tổng chi phí vòng đời.

Cần tư vấn quy trình, hóa chất và dịch vụ thụ động hóa đạt chuẩn cho dự án tại Hà Nội và miền Bắc? Liên hệ Inox Cường Thịnh để được tư vấn kỹ thuật và báo giá tốt nhất. Hotline: 0343.417.281. Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com

Nguồn tham khảo:
– ASTM A967/A967M – Standard Specification for Chemical Passivation Treatments for Stainless Steel Parts.
– ASTM A380/A380M – Standard Guide for Cleaning, Descaling, and Passivation of Stainless Steel Parts.
– ASTM B912 – Passivation of Stainless Steels Using Electropolishing.
– SAE AMS 2700 – Passivation of Corrosion Resistant Steels.
– Nickel Institute – Fabrication of Stainless Steels/Guidelines on Cleaning and Passivation (nickelinstitute.org).
– SSINA – Passivation of Stainless Steel (ssina.org).