Este artigo en dúas partes resume os puntos clave do artigo sobre o electropulido e ofrece un avance da presentación de Tverberg en InterPhex a finais deste mes. Hoxe, na primeira parte, falaremos da importancia do electropulido de tubos de aceiro inoxidable, as técnicas de electropulido e os métodos analíticos. Na segunda parte, presentamos as últimas investigacións sobre tubos de aceiro inoxidable pasivados e pulidos mecanicamente.
Parte 1: Tubos de aceiro inoxidable electropulido As industrias farmacéutica e de semicondutores necesitan unha gran cantidade de tubos de aceiro inoxidable electropulido. En ambos os casos, o aceiro inoxidable 316L é a aliaxe preferida. Ás veces utilízanse aliaxes de aceiro inoxidable cun 6 % de molibdeno; as aliaxes C-22 e C-276 son importantes para os fabricantes de semicondutores, especialmente cando se usa ácido clorhídrico gasoso como axente de gravado.
Caracterizar facilmente defectos superficiais que doutro xeito estarían enmascarados no labirinto de anomalías superficiais que se atopan en materiais máis comúns.
A inercia química da capa pasivante débese ao feito de que tanto o cromo como o ferro están no estado de oxidación 3+ e non son metais cerovalentes. As superficies pulidas mecanicamente conservaron un alto contido de ferro libre na película mesmo despois dunha pasivación térmica prolongada con ácido nítrico. Este factor por si só dá ás superficies electropulidas unha gran vantaxe en termos de estabilidade a longo prazo.
Outra diferenza importante entre as dúas superficies é a presenza (en superficies pulidas mecanicamente) ou ausencia (en superficies electropulidas) de elementos de aliaxe. As superficies pulidas mecanicamente manteñen a composición principal da aliaxe con pouca perda doutros elementos de aliaxe, mentres que as superficies electropulidas conteñen principalmente só cromo e ferro.
Fabricación de tubos electropulidos Para obter unha superficie electropulida lisa, cómpre comezar cunha superficie lisa. Isto significa que comezamos con aceiro de moi alta calidade, fabricado para unha soldabilidade óptima. O control é necesario ao fundir xofre, silicio, manganeso e elementos desoxidantes como aluminio, titanio, calcio, magnesio e ferrita delta. A tira debe ser tratada termicamente para disolver calquera fase secundaria que se poida formar durante a solidificación da masa fundida ou que se forme durante o procesamento a alta temperatura.
Ademais, o tipo de acabado en tiras é o máis importante. A norma ASTM A-480 enumera tres acabados superficiais en tiras en frío dispoñibles comercialmente: 2D (recocido ao aire, decapado e laminado roma), 2B (recocido ao aire, decapado por laminación e pulido por laminación) e 2BA (recocido brillante e pulido con protección). atmosfera). rolos).
O perfilado, a soldadura e o axuste do cordón deben controlarse coidadosamente para obter o tubo máis redondo posible. Despois do pulido, mesmo o máis mínimo recorte na soldadura ou unha liña plana do cordón será visible. Ademais, despois do electropulido, serán evidentes as trazas de laminación, os patróns de laminación das soldaduras e calquera dano mecánico na superficie.
Despois do tratamento térmico, o diámetro interior do tubo debe ser pulido mecanicamente para eliminar os defectos superficiais formados durante a formación da tira e do tubo. Nesta fase, a elección do acabado da tira tórnase fundamental. Se o pregamento é demasiado profundo, débese eliminar máis metal da superficie do diámetro interior do tubo para obter un tubo liso. Se a rugosidade é superficial ou ausente, é necesario eliminar menos metal. O mellor acabado electropulido, normalmente no rango de 5 micropolgadas ou máis liso, obtense mediante o pulido en banda lonxitudinal dos tubos. Este tipo de pulido elimina a maior parte do metal da superficie, normalmente no rango de 0,001 polgadas, eliminando así os límites de gran, as imperfeccións superficiais e os defectos formados. O pulido por remuíño elimina menos material, crea unha superficie "turbia" e normalmente produce unha Ra (rugosidade superficial media) máis alta no rango de 10 a 15 micropolgadas.
Electropulido O electropulido é simplemente un revestimento inverso. Bombéase unha solución de electropulido sobre o diámetro interior do tubo mentres se aspira o cátodo a través del. O metal elimínase preferiblemente dos puntos máis altos da superficie. O proceso "espera" galvanizar o cátodo con metal que se disolve desde o interior do tubo (é dicir, o ánodo). É importante controlar a electroquímica para evitar o revestimento catódico e manter a valencia correcta para cada ión.
Durante o electropulido, fórmase osíxeno na superficie do ánodo ou do aceiro inoxidable e hidróxeno na superficie do cátodo. O osíxeno é un ingrediente clave para crear as propiedades especiais das superficies electropulidas, tanto para aumentar a profundidade da capa de pasivación como para crear unha verdadeira capa de pasivación.
O electropulido ten lugar baixo a chamada capa "Jacquet", que é un sulfito de níquel polimerizado. Calquera cousa que interfira coa formación da capa Jacquet dará lugar a unha superficie electropulida defectuosa. Normalmente trátase dun ión, como o cloruro ou o nitrato, que impide a formación de sulfito de níquel. Outras substancias que interfiren son aceites de silicona, graxas, ceras e outros hidrocarburos de cadea longa.
Despois do electropulido, os tubos laváronse con auga e pasiváronse adicionalmente en ácido nítrico quente. Esta pasivación adicional é necesaria para eliminar calquera sulfito de níquel residual e mellorar a proporción de cromo e ferro na superficie. Os tubos pasivados posteriores laváronse con auga de proceso, colocáronse en auga desionizada quente, secáronse e envasáronse. Se se require envasado en sala limpa, a tubaxe enxáguese adicionalmente en auga desionizada ata alcanzar a condutividade especificada e, a continuación, sécase con nitróxeno quente antes do envasado.
Os métodos máis comúns para analizar superficies electropulidas son a espectroscopia de electróns Auger (AES) e a espectroscopia de fotoelectróns de raios X (XPS) (tamén coñecida como espectroscopia de electróns de análise química). A AES usa electróns xerados preto da superficie para xerar un sinal específico para cada elemento, o que dá unha distribución de elementos con profundidade. A XPS usa raios X brandos que crean espectros de unión, o que permite distinguir as especies moleculares polo seu estado de oxidación.
Un valor de rugosidade superficial cun perfil superficial similar á aparencia da superficie non significa a mesma aparencia superficial. A maioría dos perfiladores modernos poden informar de moitos valores de rugosidade superficial diferentes, incluíndo Rq (tamén coñecido como RMS), Ra, Rt (diferenza máxima entre o fondo mínimo e o pico máximo), Rz (altura máxima media do perfil) e outros valores. Estas expresións obtivéronse como resultado de varios cálculos utilizando unha única pasada arredor da superficie cunha pluma de diamante. Nesta derivación, selecciónase electronicamente unha parte chamada "corte" e os cálculos baséanse nesta parte.
As superficies pódense describir mellor usando combinacións de diferentes valores de deseño como Ra e Rt, pero non existe unha única función que poida distinguir entre dúas superficies diferentes co mesmo valor de Ra. A ASME publica a norma ASME B46.1, que define o significado de cada función de cálculo.
Para obter máis información, póñase en contacto con: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Teléfono: 262-642-8210.