Hướng dẫn dùng axit/thuốc thử để phân biệt Inox 304 và 201

Trong thực tế mua bán và gia công, phân biệt Inox 304 với 201 bằng mắt thường rất khó. Bài viết này hướng dẫn chi tiết cách dùng axit và thuốc thử chuyên dụng để nhận biết 304 và 201 nhanh, chính xác, phù hợp cho kỹ sư, nhà thầu, chủ xưởng. Đây là một phần quan trọng trong kiểm định chất lượng inox ngoài công trường và kho bãi, thuộc nhóm phương pháp kiểm tra nhanh bên cạnh từ tính, XRF, và kiểm định thành phần.

Tóm tắt kỹ thuật: Vì sao axit/thuốc thử phân biệt được 304 và 201?

– Thành phần hợp kim:
– Inox 304 (UNS S30400 theo ASTM A240): Cr 18–20%, Ni 8–10.5%, Mn ≤ 2%.
– Inox 201 (UNS S20100): Cr 16–18%, Ni khoảng 3.5–5.5% (thấp hơn đáng kể), Mn 5.5–7.5%, có N vi lượng.
– Hệ quả:
– Hàm lượng Ni cao ở 304 giúp bền hóa thụ động tốt hơn trong môi trường axit, phản ứng hóa học chậm hơn.
– 201 có Ni thấp và Mn cao nên kém bền hơn với axit chloride/acid khử; dễ bị ăn mòn cục bộ và phản ứng hóa học xuất hiện nhanh hơn.
– Nguyên lý thử:
– Thuốc thử Ni (dimethylglyoxime – DMG) tạo màu/ket tủa đỏ với ion Ni, cho phép suy ra “nhiều Ni” (304) hay “ít Ni” (201).
– Một số thuốc thử ăn mòn có kiểm soát (ví dụ HCl loãng, CuSO4 theo quy trình kích hoạt) cho hiện tượng khác biệt về tốc độ bám đồng/đổi màu/ăn mòn bề mặt giữa 201 và 304.

Nguồn tham khảo nhanh: ASTM A240 (giới hạn thành phần), datasheet AISI/UNS cho 304 và 201 của Outokumpu, AK Steel/Cleveland-Cliffs. Về thuốc thử Ni: bộ kit Koslow Scientific – Stainless Steel Grade Verification (nickel spot test DMG).

An toàn trước hết: Chuẩn bị và PPE

– Trang bị bảo hộ: kính che kín, găng nitrile/neoprene, tạp dề chống hóa chất, khẩu trang than hoạt tính, thông gió tốt.
– Dụng cụ: bông tăm/que nhỏ giọt, giấy pH, cốc thủy tinh/PP, giấy trắng/đĩa sứ làm nền quan sát màu, giấy nhám mịn (P400–P800) để làm sạch điểm thử, nước DI, khăn lau không xơ.
– Trung hòa và thải bỏ: chuẩn bị dung dịch NaHCO3 hoặc Na2CO3 bão hòa để trung hòa axit sau khi thử; thu gom chất thải vào chai dán nhãn “chất thải axit/DMG” giao đơn vị xử lý. Tuyệt đối không đổ xuống cống.

Phương pháp 1 – Thuốc thử Ni (DMG) – Chính xác và ít hủy hại

Nguyên lý

Dimethylglyoxime (DMG) tạo phức/ket tủa đỏ tươi với ion Ni trong môi trường hơi kiềm (pH ~9–10). 304 có Ni khoảng 8–10.5% cho tín hiệu mạnh; 201 Ni ~3.5–5.5% cho tín hiệu yếu hoặc rất chậm.

Tham khảo: Koslow Scientific – Nickel Test; Nickel Institute hướng dẫn nhận biết Ni bằng DMG.

Hóa chất chuẩn bị

– Dung dịch HCl 10% hoặc hỗn hợp HCl 10% + HNO3 5% (hỗ trợ hòa tan bề mặt rất nhẹ, không tạo hư hại đáng kể nếu thao tác nhanh).
– Dung dịch NH4OH 10% (amoniac) để điều chỉnh pH.
– Dung dịch DMG 1% trong ethanol hoặc methanol.
– Nước DI để rửa.

Các bước thực hiện

1) Làm sạch và kích hoạt điểm thử: chà nhẹ 1 ô ~5×5 mm bằng giấy nhám mịn; lau sạch dầu mỡ.
2) Hòa tan cực nông: nhỏ 1 giọt HCl 10% (hoặc hỗn hợp nêu trên) lên điểm thử, chờ 5–10 giây để hòa tan một lượng ion Ni rất nhỏ; thấm khô.
3) Trung hòa và tạo môi trường: chấm 1–2 giọt NH4OH 10% để đưa pH lên khoảng 9–10 (kiểm tra nhanh bằng giấy pH).
4) Nhỏ 1–2 giọt thuốc thử DMG 1% lên cùng điểm; quan sát trong 10–60 giây trên nền trắng.
5) Đối chiếu mẫu chuẩn: nên có một mẩu 304 chuẩn và, nếu có, một mẩu 201 để so sánh cường độ màu.

Đọc kết quả

– 304: màu đỏ/đỏ hồng rõ, xuất hiện nhanh (10–30 giây), có thể thấy vệt đỏ bền.
– 201: màu hồng rất nhạt hoặc chậm xuất hiện (trên 60 giây), nhiều trường hợp gần như không thấy màu.
– Lưu ý: 316 cũng cho tín hiệu Ni mạnh như 304. Nếu cần loại trừ 316, dùng thêm thuốc thử Mo (thiocyanate + H2O2 tạo màu xanh dương cho hợp kim có Mo).

Ưu/nhược điểm

– Ưu: độ tin cậy cao để phân tách “Ni cao” (304) và “Ni thấp” (201); ít gây hư hại bề mặt nếu thao tác nhanh.
– Nhược: cần chuẩn bị nhiều hóa chất; phải kiểm soát pH.

Phương pháp 2 – Dung dịch đồng sunfat (CuSO4) sau kích hoạt axit

Nguyên lý

Bề mặt được “kích hoạt” bằng axit nhẹ làm mỏng lớp thụ động; khi tiếp xúc dung dịch CuSO4 có H2SO4 loãng, đồng có thể bám lên bề mặt giàu sắt/martensite. 201 (Ni thấp) thường dễ xuất hiện mảng phủ đồng nâu/đỏ nhanh hơn 304 trong cùng điều kiện. Lưu ý: đây là phép thử tương đối, ảnh hưởng mạnh bởi trạng thái thụ động, dầu mỡ và xử lý trước bề mặt.

Tham khảo: ASTM A967 Phụ lục A1 (Copper Sulfate Test – mục đích gốc để phát hiện sắt tự do trên inox), áp dụng biến thể thực địa để so sánh tương đối.

Hóa chất và dung dịch

– Dung dịch kích hoạt: HCl 10% hoặc H2SO4 10%.
– Dung dịch CuSO4: hòa tan 20 g CuSO4·5H2O trong 100 mL nước, thêm 1–2 mL H2SO4 đậm đặc (hoặc điều chỉnh pH ~1–2).
– Nước DI.

Các bước thực hiện

1) Làm sạch cơ học và tẩy dầu: chà nhẹ và lau sạch.
2) Kích hoạt: nhỏ HCl 10% trong 15–30 giây; rửa nhanh bằng nước DI; thấm khô.
3) Nhỏ CuSO4 lên điểm thử, quan sát trong 30–120 giây.
4) So sánh song song giữa mẫu cần thử và một mẫu 304 chuẩn.

Đọc kết quả

– 201: thường thấy lớp phủ đồng nâu/đỏ xuất hiện nhanh, rõ hơn trong 1–2 phút.
– 304: ít hoặc không có bám đồng đáng kể trong cùng thời gian; bề mặt giữ sáng hơn.
– Cảnh báo: nếu bề mặt 304 bị nhiễm sắt (do mạt mài thép carbon), cũng có thể bám đồng giả; vì vậy luôn chà sạch và so sánh với mẫu chuẩn.

Ưu/nhược điểm

– Ưu: hóa chất dễ chuẩn bị, thao tác nhanh.
– Nhược: kết quả phụ thuộc mạnh vào tình trạng bề mặt; chỉ nên dùng như phép thử hỗ trợ, không phải “kết luận cuối”.

Phương pháp 3 – Axit clohydric loãng (HCl) quan sát tốc độ ăn mòn

Nguyên lý

HCl là axit khử, gây ăn mòn inox. 201 kém bền HCl hơn 304 nên đổi màu/ăn mòn nhanh hơn. Phương pháp này phá hủy bề mặt, chỉ dùng khi chấp nhận rủi ro thẩm mỹ tại điểm thử (rất nhỏ).

Các bước tóm tắt

1) Làm sạch và chà mờ điểm thử 3–5 mm.
2) Nhỏ 1 giọt HCl 10%; bắt thời gian 1–3 phút.
3) Quan sát:
– 201: sẫm màu, sủi bọt nhẹ/ăn mòn cục bộ nhanh hơn, để lại vệt mờ xám.
– 304: phản ứng chậm hơn đáng kể; bề mặt ít đổi màu trong cùng thời gian.
4) Trung hòa ngay bằng NaHCO3; rửa kỹ nước DI.

Lưu ý

– Không dùng trên bề mặt hoàn thiện trang trí yêu cầu thẩm mỹ (HL, NO.4, gương).
– Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ ăn mòn – thử ở nhiệt độ phòng.

Thuốc thử thương mại chuyên dụng và bộ kit

– Bộ kit nhận biết inox bằng phản ứng điểm (spot test kit) như Koslow Scientific 1542/1554/1549: gồm thuốc thử Ni (DMG), Mo, Cr, S, kèm hướng dẫn thao tác an toàn và thang so màu.
– Tại thị trường Việt Nam có các “thuốc thử Inox 201/304/316” đóng sẵn lọ nhỏ giọt. Ưu tiên loại có hướng dẫn thành phần, thời gian phản ứng, và dữ liệu đối chiếu. Luôn kiểm tra trên mẫu chuẩn 304 trước khi dùng đại trà.

Quy trình nhanh ngoài công trường: 3 bước khuyến nghị

1) Sàng lọc bằng nam châm: 201 và 304 đều là austenit nên thường ít hút; tuy nhiên vùng đã biến cứng nguội (uốn, dập) có thể hút nhẹ ở cả hai. Do đó chỉ coi là gợi ý, không kết luận.
2) Xác nhận bằng DMG (Ni): thực hiện phương pháp 1. Kết quả đỏ mạnh → nhiều Ni → 304 (hoặc 316). Đỏ yếu hoặc không thấy → nghiêng 201/202.
3) Bổ sung CuSO4 hoặc HCl loãng để củng cố nhận định, đồng thời quan sát tốc độ ăn mòn/bám đồng. Nếu cần loại trừ 316, thử thêm thuốc thử Mo.

Kiểm soát biến số và lỗi thường gặp

– Dầu mỡ/bụi sắt bám: gây sai lệch CuSO4. Luôn chà sạch và tẩy dầu trước khi thử.
– Lớp sơn, mạ, phủ bảo vệ: phải loại bỏ trước khi thử.
– Nhiệt màu (heat tint) sau hàn: ảnh hưởng phản ứng; nên thử ở vùng kim loại nền chưa bị oxy hóa nặng.
– Thời gian và pH: đặc biệt quan trọng với DMG. Thiếu kiềm sẽ làm tín hiệu Ni yếu.
– Hiệu chuẩn nội bộ: luôn đi kèm mẩu chuẩn 304, và nếu có, mẩu 201 để đối chiếu trực tiếp.

So sánh tổng quát các phương pháp

– DMG (Ni): độ tin cậy cao nhất để tách 304 và 201; ít phá hủy; cần kiểm soát pH.
– CuSO4 sau kích hoạt: nhanh, rẻ; trung bình về độ chắc chắn; phụ thuộc bề mặt.
– HCl loãng: rất dễ làm; phá hủy bề mặt; dùng khi không ngại vết thử.
– XRF cầm tay (tham khảo): không dùng axit, độ chính xác rất cao về thành phần, nhưng chi phí thiết bị lớn.

Tài liệu tham khảo

– ASTM A240/A240M – Standard Specification for Chromium and Chromium-Nickel Stainless Steel Plate, Sheet, and Strip.
– AK Steel (Cleveland-Cliffs) Product Data Bulletin: Types 201 and 304 Stainless Steel (tài liệu thành phần và tính chất).
– Outokumpu Stainless Steel Handbook, datasheet 201/304.
– ASTM A967 – Chemical Passivation Treatments for Stainless Steel; Appendix A1 Copper Sulfate Test (nguyên tắc phép thử đồng sunfat).
– Koslow Scientific – Stainless Steel Grade Verification Kits, Nickel Test (DMG): koslow.com

Kết luận

– Để nhận biết Inox 304 và 201 bằng axit/thuốc thử, lựa chọn tối ưu là dùng thuốc thử Ni (DMG) theo quy trình điểm: 304 cho màu đỏ rõ, 201 cho tín hiệu yếu hoặc không xuất hiện.
– Dung dịch CuSO4 sau kích hoạt axit và thử HCl loãng là phép thử hỗ trợ, cho tín hiệu khác biệt về tốc độ bám đồng/ăn mòn nhưng cần kiểm soát bề mặt và điều kiện.
– Kết hợp ít nhất hai phép thử và đối chiếu với mẫu chuẩn giúp tăng độ tin cậy, đặc biệt khi bề mặt đã gia công nguội, hàn hoặc nhiễm bẩn.

Cần tư vấn chọn đúng mác inox cho dự án và báo giá tốt nhất, liên hệ Inox Cương Thịnh. Hotline: 0343.417.281. Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com