Ruostumattoman teräksen oksidikerros lääketeollisuudessa

Abstract

Opinnäytetyön teoriaosuudessa luodaan yleiskuva ruostumattomista teräksistä, niiden ominaisuuksista ja käyttökohteista teollisuudessa. Kokeellisen osan laboratoriotutkimukset sisältävät ruostumattoman teräksen pinnan oksidikerroksen eli passiivikerroksen muodostumisen tutkimista sekä passiivikerroksen toteamismenetelmien selvitystä.

Ruostumaton teräs on lääketeollisuudessa käytössä tyypillisesti tuotannonlaitteissa sen inerttien ja korroosionkestävien ominaisuuksien vuoksi. Oksidikerros tekee pinnasta inertin toimimalla esteenä ympäröivän väliaineen välillä, jonka takia siitä käytetään myös nimitystä passiivikerros. Opinnäytetyössä tutkittiin eri passivointimenetelmiä passiivikerroksen muodostamiseksi ja arvioitiin passiivikerroksen mittaamiseen soveltuvia kaupallisia mittalaitteita.

Laboratoriotutkimukset tehtiin austeniittisille AISI 304 teräslevyille, joiden passiivikerrosta heikennettiin suolahapolla, jonka jälkeen teräslevyt passivoitiin. Teräslevyjen passivoinneissa tutkittiin lämpötilan, käsittelyajan ja happoliuoksien konsentraatioiden vaikutusta passiivikerrokseen. Passiivikerrosta mitattiin opinnäytetyöhön hankitulla Passi-Flash mittalaitteella niin passiivikerroksen heikentämisen, kuin passiivikerroksen muodostumisen seurannassa.

Ruostumattomien teräslevyjen pinnan passiivikerroksen heikentäminen onnistui 5 % suolahappoliuoksilla ja passivoinnit onnistuivat sitruunahappoliuoksilla. Tutkimustuloksista voidaan päätellä, että sitruunahappoliuoksella tehtyä passivointia voidaan hyödyntää laajasti teräksen passiivikerroksen eheyttämiseen, huomioiden konsentraation, ajan ja lämpötilan yhteisvaikutus.

The theoretical part of the thesis provides an overview of stainless steels, their properties, and applications in industry. Laboratory studies of the experimental part include studying the formation of an oxide layer on the surface of stainless steel, i.e. the passive layer, as well as studying the methods for detecting the passive layer.

Stainless steel is typically used in pharmaceutical production equipment due to its inert and corrosion-resistant properties. The oxide layer makes the surface inert by acting as a barrier between the surrounding medium, which is why it is also referred to as a passive layer. In this thesis, various passivation methods were studied to form a passive layer and commercial measuring devices suitable for measuring the passive layer were evaluated.

Laboratory studies were done on austenitic AISI 304 steel plates, the passive layer of which was weakened by hydrochloric acid, after which the steel plates were passivated. In the passivation of steel plates, the effect of temperature, processing time and acid solutions concentrations on the passive layer was studied. The passive layer was measured with the Passi-Flash measuring device acquired for the thesis, both the weakening of the passive layer and the formation of the passive layer were monitored.

The passive layer of the surface of the stainless steel plates was successfully weakened by 5 % hydrochloric acid solutions and the passivation was successful with citric acid solutions. From the results of the study, it can be concluded that the passivation made with citric acid solution can be widely used to defragment the passive layer of steel, considering the interaction of concentration, time and temperature.