Este artículo, dividido en dos partes, resume los puntos clave del artículo sobre electropulido y ofrece un adelanto de la presentación de Tverberg en InterPhex a finales de este mes. Hoy, en la primera parte, hablaremos de la importancia del electropulido de tuberías de acero inoxidable, las técnicas de electropulido y los métodos analíticos. En la segunda parte, presentaremos las últimas investigaciones sobre tuberías de acero inoxidable pasivadas y pulidas mecánicamente.
Parte 1: Tubos de acero inoxidable electropulidos. Las industrias farmacéutica y de semiconductores requieren una gran cantidad de tubos de acero inoxidable electropulidos. En ambos casos, el acero inoxidable 316L es la aleación preferida. En ocasiones se utilizan aleaciones de acero inoxidable con un 6 % de molibdeno; las aleaciones C-22 y C-276 son importantes para los fabricantes de semiconductores, especialmente cuando se utiliza ácido clorhídrico gaseoso como agente de grabado.
Permite caracterizar fácilmente los defectos superficiales que, de otro modo, quedarían enmascarados en el laberinto de anomalías superficiales que se encuentran en materiales más comunes.
La inercia química de la capa pasivante se debe a que tanto el cromo como el hierro se encuentran en estado de oxidación 3+, y no son metales de valencia cero. Las superficies pulidas mecánicamente conservaron un alto contenido de hierro libre en la película incluso después de una pasivación térmica prolongada con ácido nítrico. Este factor, por sí solo, confiere a las superficies electropulidas una gran ventaja en términos de estabilidad a largo plazo.
Otra diferencia importante entre ambas superficies radica en la presencia (en las superficies pulidas mecánicamente) o ausencia (en las superficies electropulidas) de elementos de aleación. Las superficies pulidas mecánicamente conservan la composición principal de la aleación con escasa pérdida de otros elementos, mientras que las superficies electropulidas contienen principalmente cromo y hierro.
Fabricación de tuberías electropulidas Para obtener una superficie electropulida lisa, es necesario partir de una superficie lisa. Esto significa que partimos de acero de muy alta calidad, fabricado para una soldabilidad óptima. Es necesario un control preciso al fundir azufre, silicio, manganeso y elementos desoxidantes como aluminio, titanio, calcio, magnesio y ferrita delta. La banda debe someterse a un tratamiento térmico para disolver cualquier fase secundaria que pueda formarse durante la solidificación del metal fundido o durante el procesamiento a alta temperatura.
Además, el tipo de acabado de la franja es lo más importante. La norma ASTM A-480 enumera tres acabados superficiales de franja en frío disponibles comercialmente: 2D (recocido al aire, decapado y laminado romo), 2B (recocido al aire, decapado por rodillos y pulido por rodillos) y 2BA (recocido brillante y pulido con escudo). atmósfera). rodillos).
El perfilado, la soldadura y el ajuste del cordón deben controlarse cuidadosamente para obtener un tubo lo más redondo posible. Tras el pulido, incluso la más mínima socavación de la soldadura o una línea plana del cordón serán visibles. Además, después del electropulido, se apreciarán claramente las marcas de laminado, los patrones de laminado de las soldaduras y cualquier daño mecánico en la superficie.
Tras el tratamiento térmico, el diámetro interior del tubo debe pulirse mecánicamente para eliminar los defectos superficiales formados durante la fabricación de la tira y el tubo. En esta etapa, la elección del acabado de la tira resulta crucial. Si el pliegue es demasiado profundo, se debe eliminar más metal de la superficie del diámetro interior del tubo para obtener una superficie lisa. Si la rugosidad es mínima o inexistente, se necesita eliminar menos metal. El mejor acabado electropulido, generalmente en el rango de 5 micropulgadas o más liso, se obtiene mediante el pulido longitudinal de los tubos. Este tipo de pulido elimina la mayor parte del metal de la superficie, generalmente en el rango de 0,001 pulgadas, eliminando así los límites de grano, las imperfecciones superficiales y los defectos formados. El pulido por remolino elimina menos material, crea una superficie "turbia" y generalmente produce una rugosidad superficial media (Ra) mayor, en el rango de 10 a 15 micropulgadas.
El electropulido es, en esencia, un recubrimiento inverso. Se bombea una solución de electropulido sobre el diámetro interior del tubo mientras se introduce el cátodo en él. El metal se elimina preferiblemente de los puntos más altos de la superficie. El proceso busca galvanizar el cátodo con el metal disuelto desde el interior del tubo (es decir, el ánodo). Es importante controlar la electroquímica para evitar el recubrimiento catódico y mantener la valencia correcta de cada ion.
Durante el electropulido, se forma oxígeno en la superficie del ánodo o acero inoxidable, e hidrógeno en la superficie del cátodo. El oxígeno es un componente clave para lograr las propiedades especiales de las superficies electropulidas, ya que aumenta la profundidad de la capa de pasivación y crea una verdadera capa de pasivación.
El electropulido se realiza bajo la denominada capa de Jacquet, que es un sulfito de níquel polimerizado. Cualquier sustancia que interfiera con la formación de la capa de Jacquet dará como resultado una superficie electropulida defectuosa. Generalmente, se trata de un ion, como el cloruro o el nitrato, que impide la formación de sulfito de níquel. Otras sustancias que interfieren son los aceites de silicona, las grasas, las ceras y otros hidrocarburos de cadena larga.
Tras el electropulido, los tubos se lavaron con agua y se pasivaron adicionalmente con ácido nítrico caliente. Esta pasivación adicional es necesaria para eliminar cualquier residuo de sulfito de níquel y mejorar la relación cromo/hierro en la superficie. Los tubos pasivados se lavaron con agua de proceso, se sumergieron en agua desionizada caliente, se secaron y se empaquetaron. Si se requiere empaquetado en sala limpia, los tubos se enjuagan adicionalmente con agua desionizada hasta alcanzar la conductividad especificada y, posteriormente, se secan con nitrógeno caliente antes del empaquetado.
Los métodos más comunes para analizar superficies electropulidas son la espectroscopia de electrones Auger (AES) y la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) (también conocida como espectroscopia de electrones de análisis químico). La AES utiliza electrones generados cerca de la superficie para producir una señal específica para cada elemento, lo que permite obtener una distribución de elementos en función de la profundidad. La XPS utiliza rayos X blandos que crean espectros de enlace, lo que permite distinguir las especies moleculares según su estado de oxidación.
Un valor de rugosidad superficial con un perfil similar a la apariencia de la superficie no implica necesariamente la misma apariencia. La mayoría de los perfilómetros modernos pueden reportar diversos valores de rugosidad superficial, incluyendo Rq (también conocido como RMS), Ra, Rt (diferencia máxima entre el valle mínimo y el pico máximo), Rz (altura máxima promedio del perfil) y otros valores. Estas expresiones se obtuvieron mediante diversos cálculos utilizando una sola pasada alrededor de la superficie con una punta de diamante. En esta pasada, se selecciona electrónicamente una zona denominada "corte" y los cálculos se basan en esta zona.
Las superficies se pueden describir mejor utilizando combinaciones de diferentes valores de diseño, como Ra y Rt, pero no existe una única función que permita distinguir entre dos superficies diferentes con el mismo valor de Ra. ASME publica la norma ASME B46.1, que define el significado de cada función de cálculo.
Para obtener más información, comuníquese con: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Teléfono: 262-642-8210.