Trả lời trực tiếp: Inox không gỉ nhờ một lớp oxit crôm rất mỏng tự hình thành trên bề mặt. Gia công, hàn hoặc chạm dụng cụ thép để lại sắt tự do và làm lớp ấy đứt quãng, nên bề mặt gỉ tại chỗ. Thụ động hóa là bước hòa tan sắt tự do để lớp oxit phục hồi liên tục.
Nội dung thuộc chuyên trang Vật liệu & nhiệt luyện của cokhi.net — ở góc cơ chế. Bài không nêu loại dung dịch, nồng độ, nhiệt độ hay thời gian xử lý; các thông số ấy thuộc tiêu chuẩn xử lý bề mặt đang áp dụng và quy trình của cơ sở thực hiện.
Lớp bảo vệ của inox thật ra là gì?
Không phải bản thân kim loại chống được ăn mòn, mà là một lớp oxit crôm cực mỏng nằm trên bề mặt. Crôm trong hợp kim phản ứng với oxy và tạo ra lớp ấy; lớp ấy bám chặt, kín, và chặn không cho oxy cùng hơi ẩm tiếp tục đi vào bên trong.
Điểm làm nó khác hẳn mọi lớp phủ khác là khả năng tự phục hồi. Cào xước một lớp sơn hay một lớp mạ thì vết xước ở nguyên đó và trở thành điểm bắt đầu ăn mòn — cơ chế hỏng ở mặt tiếp giáp phủ và nền đã trình bày ở bài lớp phủ bề mặt bị bong tróc. Cào xước inox thì lớp oxit tự khép lại, miễn là có đủ hai thứ.
Hai thứ ấy là đủ crôm ở ngay bề mặt và có oxy tiếp cận được. Thiếu một trong hai thì lớp không phục hồi, và đây chính là gốc của mọi hư hỏng sau này: chỗ khuất, khe kín giữa hai tấm, chỗ nằm dưới lớp cặn hoặc dưới đệm — những nơi oxy không tới được — là những nơi inox hỏng trước, chứ không phải nơi phơi ngoài trời. So sánh mức chịu môi trường giữa các mác thông dụng nằm ở bài inox 304 và inox 316.
Vì sao sắt tự do từ dụng cụ lại đủ làm inox gỉ?
Vì hạt sắt bám trên bề mặt không có crôm, nên nó không tạo được lớp oxit bảo vệ nào cả — nó gỉ như thép thường. Hạt ấy đến từ những nguồn rất bình thường trong xưởng: dao và đá mài đã cắt thép đen, bàn chải thép, mặt bàn gá, tay kẹp, thậm chí là mạt thép bay trong không khí rồi đậu xuống tấm inox để gần đó.
Vấn đề không dừng ở vệt gỉ trông xấu. Hạt sắt và nền inox là hai kim loại khác nhau tiếp xúc nhau trong môi trường ẩm — đúng điều kiện tạo pin ăn mòn đã mô tả ở bài ăn mòn điện hóa. Thêm nữa, sản phẩm gỉ xốp giữ ẩm và che mất đường oxy tới bề mặt bên dưới, mà thiếu oxy thì lớp thụ động không phục hồi được. Nghĩa là vết gỉ ban đầu tự tạo ra điều kiện để ăn mòn ăn tiếp vào nền, chứ không phải một vết bẩn đứng yên.
Đó là lý do trong nghề có nguyên tắc dùng dụng cụ riêng cho inox: đá mài, bàn chải, giẻ và cả vị trí đặt phôi đều tách khỏi khu vực gia công thép đen. Việc gia công inox vốn đã khó vì lý do khác — thoát nhiệt kém, dễ hóa bền khi biến dạng, như trình bày ở bài gia công vật liệu khó: inox 316, titan, nhôm 7075 — nên phần nhiễm bẩn bề mặt lại càng dễ bị bỏ qua.
Thụ động hóa khác tẩy oxit và khác mạ ở chỗ nào?
| Việc | Nó lấy đi cái gì | Nó để lại cái gì | Đặt ở đâu trong chuỗi |
|---|---|---|---|
| Tẩy oxit | Vảy oxit dày, vết cháy màu sau hàn, lớp bề mặt đã biến chất | Bề mặt kim loại sạch nhưng chưa ổn định | Sau hàn, sau nhiệt, trước thụ động hóa |
| Thụ động hóa | Sắt tự do và tạp chất chứa sắt trên bề mặt — hòa tan chọn lọc, không lấy nền inox | Bề mặt giàu crôm tương đối ⇒ lớp oxit khép liên tục | Sau khi đã sạch dầu mỡ và sạch cặn |
| Điện phân bóng | Một lớp mỏng kim loại, ưu tiên các đỉnh nhấp nhô | Bề mặt nhẵn hơn và đồng thời giàu crôm hơn | Khi cần cả độ nhẵn lẫn khả năng chống ăn mòn |
| Mạ, sơn, phủ | Không lấy gì | Một lớp vật liệu KHÁC phủ lên trên | Khi nền không tự bảo vệ được |
Bảng nêu quan hệ việc làm – thứ lấy đi – thứ để lại; bảng không nêu dung dịch, nồng độ, nhiệt độ hay thời gian, vì các thông số ấy thuộc tiêu chuẩn xử lý đang áp dụng chứ không suy ra được từ cơ chế.
Khác biệt cốt lõi nằm ở hàng cuối: ba việc đầu làm cho inox tự bảo vệ được, còn nhóm thứ tư thay lớp bảo vệ bằng vật liệu khác. Vì thế thụ động hóa không phải một dạng mạ mỏng, và không đo bằng chiều dày như các phương pháp trong bài xử lý bề mặt kim loại. Trường hợp cần cả bề mặt nhẵn lẫn khả năng chống ăn mòn — thiết bị tiếp xúc thực phẩm chẳng hạn — thì hướng xử là điện phân, xem bài điện phân bóng.
Vì sao vùng cạnh mối hàn hay gỉ trước cả mối hàn?
Vì nhiệt hàn làm crôm ở vùng sát mối hàn kết hợp với cacbon tạo thành cacbua crôm tại biên giới hạt. Crôm bị giữ lại trong các cacbua ấy thì không còn tự do để tạo lớp oxit bảo vệ nữa, nên ngay cạnh đường hàn xuất hiện một dải nghèo crôm. Dải đó vẫn là inox về thành phần tổng, nhưng đã mất điều kiện thứ nhất trong hai điều kiện nói ở phần đầu.
Cùng lúc, vùng bị nung nóng để lại vết cháy màu — lớp oxit dày, đổi màu theo mức nhiệt. Đây là chỗ dễ hiểu sai nhất: lớp màu ấy không phải lớp thụ động, nó là vảy oxit, và bên dưới nó là vùng nghèo crôm. Chải cho hết màu bằng bàn chải thép thì vừa không xử được vùng nghèo crôm, vừa thêm sắt tự do vào đúng chỗ yếu nhất. Các sai sót khi hàn inox và hệ quả của chúng nằm ở bài lỗi thường gặp khi hàn TIG.
Bề mặt nào tự thụ động được mà không cần xử lý?
Bề mặt sạch và tiếp xúc trực tiếp với không khí thì tự hình thành lớp thụ động, không cần làm gì thêm. Đây là trạng thái bình thường của inox, và cũng là lý do phần lớn chi tiết inox không bao giờ cần đến bước xử lý riêng.
Xử lý chỉ cần thiết khi bề mặt rơi vào một trong ba tình huống: có sắt tự do từ dụng cụ hoặc từ đồ gá, có màng dầu mỡ hoặc cặn che mất đường oxy, hoặc vừa qua nhiệt nên có vảy oxit và vùng nghèo crôm. Nói cách khác, thụ động hóa không phải một lớp bảo vệ được thêm vào — nó là bước dọn lại điều kiện để cơ chế vốn có của inox làm việc bình thường.
Câu hỏi thường gặp
Vết gỉ nâu trên tấm inox mới lắp có phải là inox kém chất lượng không? Thường không phải. Nguồn hay gặp nhất là sắt tự do bám trên bề mặt trong lúc gia công, vận chuyển hoặc lắp đặt — hạt sắt gỉ chứ không phải nền inox gỉ. Nhưng nếu để lâu thì sản phẩm gỉ giữ ẩm và che oxy, khiến ăn mòn ăn tiếp vào nền, nên đây không phải chuyện chỉ về thẩm mỹ.
Đánh bóng bề mặt có thay được thụ động hóa không? Không hẳn. Đánh bóng làm bề mặt nhẵn hơn, giúp bớt chỗ đọng ẩm và đọng cặn, nhưng nếu dùng vật liệu mài đã tiếp xúc thép đen thì chính bước đánh bóng lại đưa thêm sắt tự do vào. Riêng điện phân bóng thì khác, vì nó vừa lấy đi lớp bề mặt vừa làm bề mặt giàu crôm hơn.
Inox 316 có cần thụ động hóa không, hay chỉ 304 mới cần? Cơ chế bảo vệ của cả hai đều dựa trên lớp oxit crôm, nên cả hai đều nhiễm sắt tự do như nhau và đều mất điều kiện phục hồi ở khe kín như nhau. Chọn mác cao hơn làm tăng khả năng chịu môi trường, nhưng không thay thế được việc bề mặt phải sạch sắt tự do.