Artikel dua bagian ini merangkum poin-poin penting dari artikel tentang elektropolishing dan memberikan pratinjau presentasi Tverberg di InterPhex akhir bulan ini. Hari ini, di Bagian 1, kita akan membahas pentingnya elektropolishing pipa baja tahan karat, teknik elektropolishing, dan metode analitis. Di bagian kedua, kami menyajikan penelitian terbaru tentang pipa baja tahan karat yang dipoles secara mekanis dan dipasivasi.
Bagian 1: Tabung Baja Tahan Karat yang Dipoles Secara Elektrolitik Industri farmasi dan semikonduktor membutuhkan sejumlah besar tabung baja tahan karat yang dipoles secara elektrolitik. Dalam kedua kasus tersebut, baja tahan karat 316L adalah paduan yang paling disukai. Paduan baja tahan karat dengan 6% molibdenum terkadang digunakan; paduan C-22 dan C-276 penting bagi produsen semikonduktor, terutama ketika asam klorida gas digunakan sebagai etsa.
Dengan mudah mengidentifikasi cacat permukaan yang biasanya tersamarkan dalam labirin anomali permukaan yang ditemukan pada material yang lebih umum.
Inertnya lapisan pasivasi secara kimiawi disebabkan oleh fakta bahwa baik kromium maupun besi berada dalam keadaan oksidasi 3+, dan bukan logam bervalensi nol. Permukaan yang dipoles secara mekanis mempertahankan kandungan besi bebas yang tinggi dalam lapisan film bahkan setelah pasivasi termal yang lama dengan asam nitrat. Faktor ini saja memberikan permukaan yang dipoles secara elektrolitik keuntungan besar dalam hal stabilitas jangka panjang.
Perbedaan penting lainnya antara kedua permukaan tersebut adalah ada atau tidaknya unsur paduan (pada permukaan yang dipoles secara mekanis) atau tidak adanya unsur paduan (pada permukaan yang dipoles secara elektrolitik). Permukaan yang dipoles secara mekanis mempertahankan komposisi paduan utama dengan sedikit kehilangan unsur paduan lainnya, sedangkan permukaan yang dipoles secara elektrolitik sebagian besar hanya mengandung kromium dan besi.
Pembuatan Pipa Elektropolishing Untuk mendapatkan permukaan elektropolishing yang halus, Anda perlu memulai dengan permukaan yang halus. Ini berarti kita mulai dengan baja berkualitas sangat tinggi, yang diproduksi untuk kemampuan pengelasan yang optimal. Kontrol diperlukan saat melelehkan sulfur, silikon, mangan, dan elemen deoksidasi seperti aluminium, titanium, kalsium, magnesium, dan delta ferit. Strip harus diberi perlakuan panas untuk melarutkan fase sekunder apa pun yang mungkin terbentuk selama pembekuan lelehan atau terbentuk selama pemrosesan suhu tinggi.
Selain itu, jenis penyelesaian garis adalah yang terpenting. ASTM A-480 mencantumkan tiga penyelesaian permukaan strip dingin yang tersedia secara komersial: 2D (anil udara, diasamkan, dan digulirkan tumpul), 2B (anil udara, diasamkan dengan rol, dan dipoles dengan rol), dan 2BA (anil cerah dan dipoles dengan pelindung).
Pembentukan profil, pengelasan, dan penyesuaian alur las harus dikontrol dengan cermat untuk mendapatkan tabung yang paling bulat. Setelah dipoles, bahkan sedikit saja undercut pada las atau garis datar pada alur las akan terlihat. Selain itu, setelah pemolesan elektrolitik, jejak pengguliran, pola pengguliran las, dan kerusakan mekanis apa pun pada permukaan akan terlihat jelas.
Setelah perlakuan panas, diameter dalam pipa harus dipoles secara mekanis untuk menghilangkan cacat permukaan yang terbentuk selama pembentukan strip dan pipa. Pada tahap ini, pemilihan hasil akhir strip menjadi sangat penting. Jika lipatannya terlalu dalam, lebih banyak logam harus dihilangkan dari permukaan diameter dalam tabung untuk mendapatkan tabung yang halus. Jika kekasarannya dangkal atau tidak ada, lebih sedikit logam yang perlu dihilangkan. Hasil akhir pemolesan elektro terbaik, biasanya dalam kisaran 5 mikro-inci atau lebih halus, diperoleh dengan pemolesan pita memanjang pada tabung. Jenis pemolesan ini menghilangkan sebagian besar logam dari permukaan, biasanya dalam kisaran 0,001 inci, sehingga menghilangkan batas butir, ketidaksempurnaan permukaan, dan cacat yang terbentuk. Pemolesan berputar menghilangkan lebih sedikit material, menciptakan permukaan yang "berawan", dan biasanya menghasilkan Ra (kekasaran permukaan rata-rata) yang lebih tinggi dalam kisaran 10–15 mikro-inci.
Elektropolishing hanyalah pelapisan terbalik. Larutan elektropolishing dipompa melalui diameter dalam tabung sementara katoda ditarik melalui tabung. Logam sebaiknya dihilangkan dari titik tertinggi pada permukaan. Proses ini "berharap" untuk melapisi katoda dengan logam yang larut dari dalam tabung (yaitu, anoda). Penting untuk mengontrol elektrokimia untuk mencegah pelapisan katodik dan untuk mempertahankan valensi yang tepat untuk setiap ion.
Selama proses pemolesan elektrolitik, oksigen terbentuk di permukaan anoda atau baja tahan karat, dan hidrogen terbentuk di permukaan katoda. Oksigen merupakan bahan utama dalam menciptakan sifat-sifat khusus permukaan yang dipoles secara elektrolitik, baik untuk meningkatkan kedalaman lapisan pasivasi maupun untuk menciptakan lapisan pasivasi yang sebenarnya.
Elektropolishing terjadi di bawah lapisan yang disebut "lapisan Jacquet", yang merupakan nikel sulfit yang terpolimerisasi. Apa pun yang mengganggu pembentukan lapisan Jacquet akan menghasilkan permukaan hasil elektropolishing yang cacat. Ini biasanya berupa ion, seperti klorida atau nitrat, yang mencegah pembentukan nikel sulfit. Zat pengganggu lainnya adalah minyak silikon, gemuk, lilin, dan hidrokarbon rantai panjang lainnya.
Setelah proses pemolesan elektrolitik, tabung dicuci dengan air dan selanjutnya dipasivasi dalam asam nitrat panas. Pasivasi tambahan ini diperlukan untuk menghilangkan sisa nikel sulfit dan untuk meningkatkan rasio kromium terhadap besi pada permukaan. Tabung yang telah dipasivasi selanjutnya dicuci dengan air proses, ditempatkan dalam air deionisasi panas, dikeringkan, dan dikemas. Jika pengemasan di ruang bersih diperlukan, tabung dibilas tambahan dengan air deionisasi hingga konduktivitas yang ditentukan tercapai, kemudian dikeringkan dengan nitrogen panas sebelum dikemas.
Metode yang paling umum untuk menganalisis permukaan yang dipoles secara elektrolitik adalah spektroskopi elektron Auger (AES) dan spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) (juga dikenal sebagai spektroskopi elektron analisis kimia). AES menggunakan elektron yang dihasilkan di dekat permukaan untuk menghasilkan sinyal spesifik untuk setiap elemen, yang memberikan distribusi elemen berdasarkan kedalaman. XPS menggunakan sinar-X lunak yang menciptakan spektrum pengikatan, memungkinkan spesies molekuler dibedakan berdasarkan tingkat oksidasi.
Nilai kekasaran permukaan dengan profil permukaan yang mirip dengan tampilan permukaan tidak berarti tampilan permukaan yang sama. Sebagian besar profiler modern dapat melaporkan banyak nilai kekasaran permukaan yang berbeda, termasuk Rq (juga dikenal sebagai RMS), Ra, Rt (perbedaan maksimum antara palung minimum dan puncak maksimum), Rz (tinggi profil maksimum rata-rata), dan beberapa nilai lainnya. Ekspresi ini diperoleh sebagai hasil dari berbagai perhitungan menggunakan satu kali lintasan di sekitar permukaan dengan pena berlian. Dalam lintasan ini, bagian yang disebut "cutoff" dipilih secara elektronik dan perhitungan didasarkan pada bagian ini.
Permukaan dapat dijelaskan dengan lebih baik menggunakan kombinasi nilai desain yang berbeda seperti Ra dan Rt, tetapi tidak ada satu fungsi pun yang dapat membedakan antara dua permukaan berbeda dengan nilai Ra yang sama. ASME menerbitkan standar ASME B46.1, yang mendefinisikan arti dari setiap fungsi perhitungan.
Untuk informasi lebih lanjut, hubungi: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Telepon: 262-642-8210.