Denne artikel i to dele opsummerer hovedpunkterne i artiklen om elektropolering og giver et forsmag på Tverbergs præsentation på InterPhex senere på måneden. I dag, i del 1, vil vi diskutere vigtigheden af ​​elektropolering af rør af rustfrit stål, elektropoleringsteknikker og analytiske metoder. I anden del præsenterer vi den seneste forskning inden for passiverede mekanisk polerede rør af rustfrit stål.
Del 1: Elektropolerede rustfri stålrør Den farmaceutiske industri og halvlederindustrien har brug for et stort antal elektropolerede rustfri stålrør. I begge tilfælde er 316L rustfrit stål den foretrukne legering. Rustfri stållegeringer med 6% molybdæn anvendes undertiden; legeringerne C-22 og C-276 er vigtige for halvlederproducenter, især når gasformig saltsyre anvendes som ætsemiddel.
Karakteriser nemt overfladefejl, der ellers ville blive maskeret i labyrinten af ​​overfladeanomalier, der findes i mere almindelige materialer.
Passiveringslagets kemiske inertitet skyldes, at både krom og jern er i oxidationstilstanden 3+ og ikke er nulvalente metaller. Mekanisk polerede overflader bevarede et højt indhold af frit jern i filmen, selv efter langvarig termisk passivering med salpetersyre. Denne faktor alene giver elektropolerede overflader en stor fordel med hensyn til langtidsstabilitet.
En anden vigtig forskel mellem de to overflader er tilstedeværelsen (i mekanisk polerede overflader) eller fraværet (i elektropolerede overflader) af legeringselementer. Mekanisk polerede overflader bevarer den primære legeringssammensætning med minimalt tab af andre legeringselementer, mens elektropolerede overflader for det meste kun indeholder krom og jern.
Fremstilling af elektropolerede rør For at få en glat elektropoleret overflade skal du starte med en glat overflade. Det betyder, at vi starter med stål af meget høj kvalitet, fremstillet for optimal svejsbarhed. Kontrol er nødvendig ved smeltning af svovl, silicium, mangan og deoxiderende elementer som aluminium, titanium, calcium, magnesium og deltaferrit. Båndet skal varmebehandles for at opløse eventuelle sekundære faser, der kan dannes under smeltestørkning eller dannes under højtemperaturbehandling.
Derudover er typen af ​​stribefinish den vigtigste. ASTM A-480 angiver tre kommercielt tilgængelige koldstribeoverfladebehandlinger: 2D (luftglødet, bejdset og stumpvalset), 2B (luftglødet, valsebejdset og valsepoleret) og 2BA (blankglødet og skjoldpoleret). (atmosfærevalser).
Profilering, svejsning og justering af svejsestrengen skal kontrolleres omhyggeligt for at opnå det mest runde rør. Efter polering vil selv den mindste underskæring af svejsningen eller en flad linje af svejsestrengen være synlig. Derudover vil spor af valsning, rullemønstre af svejsninger og enhver mekanisk skade på overfladen være tydelige efter elektropolering.
Efter varmebehandling skal rørets indre diameter poleres mekanisk for at eliminere overfladefejl, der dannes under dannelsen af ​​strimlen og røret. På dette trin bliver valget af stribefinish kritisk. Hvis folden er for dyb, skal mere metal fjernes fra overfladen af ​​rørets indre diameter for at opnå et glat rør. Hvis ruheden er lav eller fraværende, skal der fjernes mindre metal. Den bedste elektropolerede finish, typisk i området 5 mikrotommer eller glattere, opnås ved langsgående båndpolering af rørene. Denne type polering fjerner det meste af metallet fra overfladen, typisk i området 0,001 tommer, hvorved korngrænser, overfladefejl og dannede defekter fjernes. Hvirvelpolering fjerner mindre materiale, skaber en "uklar" overflade og producerer typisk en højere Ra (gennemsnitlig overfladeruhed) i området 10-15 mikrotommer.
Elektropolering Elektropolering er blot en omvendt belægning. En elektropoleringsopløsning pumpes over rørets indre diameter, mens katoden trækkes gennem røret. Metallet fjernes fortrinsvis fra de højeste punkter på overfladen. Processen "håber" at galvanisere katoden med metal, der opløses indefra røret (dvs. anoden). Det er vigtigt at kontrollere elektrokemien for at forhindre katodisk belægning og for at opretholde den korrekte valens for hver ion.
Under elektropolering dannes der ilt på overfladen af ​​anoden eller rustfrit stål, og der dannes brint på overfladen af ​​katoden. Ilt er en nøgleingrediens i at skabe de særlige egenskaber ved elektropolerede overflader, både for at øge dybden af ​​passiveringslaget og for at skabe et ægte passiveringslag.
Elektropolering finder sted under det såkaldte "Jacquet"-lag, som er et polymeriseret nikkelsulfit. Alt, der forstyrrer dannelsen af ​​Jacquet-laget, vil resultere i en defekt elektropoleret overflade. Dette er normalt en ion, såsom klorid eller nitrat, som forhindrer dannelsen af ​​nikkelsulfit. Andre forstyrrende stoffer er silikoneolier, fedtstoffer, voks og andre langkædede kulbrinter.
Efter elektropolering blev rørene vasket med vand og yderligere passiveret i varm salpetersyre. Denne yderligere passivering er nødvendig for at fjerne eventuel resterende nikkelsulfit og for at forbedre forholdet mellem krom og jern på overfladen. Efterfølgende passiverede rør blev vasket med procesvand, placeret i varmt deioniseret vand, tørret og pakket. Hvis renrumsemballage er nødvendig, skylles slangerne yderligere i deioniseret vand, indtil den specificerede ledningsevne er nået, og tørres derefter med varm nitrogen før emballering.
De mest almindelige metoder til analyse af elektropolerede overflader er Auger-elektronspektroskopi (AES) og røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) (også kendt som kemisk analyse-elektronspektroskopi). AES bruger elektroner genereret nær overfladen til at generere et specifikt signal for hvert element, hvilket giver en fordeling af elementer med dybde. XPS bruger bløde røntgenstråler, der skaber bindingsspektre, hvilket gør det muligt at skelne molekylære arter ved hjælp af oxidationstilstand.
En overfladeruhedsværdi med en overfladeprofil, der ligner overfladens udseende, betyder ikke det samme overfladeudseende. De fleste moderne profileringsmaskiner kan rapportere mange forskellige overfladeruhedsværdier, herunder Rq (også kendt som RMS), Ra, Rt (maksimal forskel mellem minimumsdal og maksimal top), Rz (gennemsnitlig maksimal profilhøjde) og flere andre værdier. Disse udtryk blev opnået som et resultat af forskellige beregninger ved hjælp af en enkelt passage rundt om overfladen med en diamantpen. I denne bypass vælges en del kaldet "cutoff" elektronisk, og beregningerne er baseret på denne del.
Overflader kan bedre beskrives ved hjælp af kombinationer af forskellige designværdier såsom Ra og Rt, men der findes ingen enkelt funktion, der kan skelne mellem to forskellige overflader med samme Ra-værdi. ASME udgiver ASME B46.1-standarden, som definerer betydningen af ​​hver beregningsfunktion.
For yderligere information kontakt: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Telefon: 262-642-8210.