Questo articolo in due parti riassume i punti chiave dell'articolo sull'elettrolucidatura e anticipa la presentazione di Tverberg a InterPhex alla fine di questo mese. Oggi, nella prima parte, discuteremo l'importanza dell'elettrolucidatura dei tubi in acciaio inossidabile, le tecniche di elettrolucidatura e i metodi analitici. Nella seconda parte, presenteremo le ultime ricerche sui tubi in acciaio inossidabile passivati ​​e lucidati meccanicamente.
Parte 1: Tubi in acciaio inossidabile elettrolucidati. L'industria farmaceutica e quella dei semiconduttori necessitano di un gran numero di tubi in acciaio inossidabile elettrolucidati. In entrambi i casi, l'acciaio inossidabile 316L è la lega preferita. Talvolta vengono utilizzate leghe di acciaio inossidabile con il 6% di molibdeno; le leghe C-22 e C-276 sono importanti per i produttori di semiconduttori, soprattutto quando si utilizza acido cloridrico gassoso come agente di attacco.
Caratterizza facilmente difetti superficiali che altrimenti rimarrebbero mascherati nel labirinto di anomalie superficiali riscontrabili nei materiali più comuni.
L'inerzia chimica dello strato passivante è dovuta al fatto che sia il cromo che il ferro si trovano nello stato di ossidazione 3+ e non sono metalli zerovalenti. Le superfici lucidate meccanicamente hanno mantenuto un elevato contenuto di ferro libero nel film anche dopo una prolungata passivazione termica con acido nitrico. Questo fattore, da solo, conferisce alle superfici elettrolucidate un grande vantaggio in termini di stabilità a lungo termine.
Un'altra importante differenza tra le due superfici è la presenza (nelle superfici lucidate meccanicamente) o l'assenza (nelle superfici elettrolucidate) di elementi di lega. Le superfici lucidate meccanicamente mantengono la composizione principale della lega con una perdita minima di altri elementi di lega, mentre le superfici elettrolucidate contengono principalmente solo cromo e ferro.
Realizzazione di tubi elettrolucidati Per ottenere una superficie elettrolucidata liscia, è necessario partire da una superficie liscia. Ciò significa che partiamo da acciaio di altissima qualità, prodotto per una saldabilità ottimale. Il controllo è necessario durante la fusione di zolfo, silicio, manganese ed elementi disossidanti come alluminio, titanio, calcio, magnesio e ferrite delta. La striscia deve essere trattata termicamente per dissolvere eventuali fasi secondarie che potrebbero formarsi durante la solidificazione della fusione o durante la lavorazione ad alta temperatura.
Inoltre, il tipo di finitura a strisce è il più importante. La norma ASTM A-488 elenca tre finiture superficiali a freddo disponibili in commercio: 2D (ricotto in aria, decapato e laminato), 2B (ricotto in aria, decapato a rullo e lucidato a rullo) e 2BA (ricotto in bianco e lucidato a schermo). atmosfera). rulli).
La profilatura, la saldatura e la regolazione del cordone devono essere attentamente controllate per ottenere un tubo il più possibile tondo. Dopo la lucidatura, anche il minimo sottosquadro della saldatura o una linea piatta del cordone saranno visibili. Inoltre, dopo l'elettrolucidatura, tracce di laminazione, laminazione delle saldature e qualsiasi danno meccanico alla superficie saranno evidenti.
Dopo il trattamento termico, il diametro interno del tubo deve essere lucidato meccanicamente per eliminare i difetti superficiali formatisi durante la formazione della striscia e del tubo. In questa fase, la scelta della finitura a strisce diventa critica. Se la piega è troppo profonda, è necessario rimuovere più metallo dalla superficie del diametro interno del tubo per ottenere un tubo liscio. Se la rugosità è superficiale o assente, è necessario rimuovere meno metallo. La migliore finitura elettrolucidata, tipicamente nell'intervallo di 5 micropollici o inferiore, si ottiene mediante la lucidatura longitudinale a bande dei tubi. Questo tipo di lucidatura rimuove la maggior parte del metallo dalla superficie, tipicamente nell'intervallo di 0,001 pollici, rimuovendo così i bordi dei grani, le imperfezioni superficiali e i difetti di formatura. La lucidatura a turbina rimuove meno materiale, crea una superficie "opaca" e in genere produce una Ra (rugosità superficiale media) più elevata, nell'intervallo di 10-15 micropollici.
Elettrolucidatura L'elettrolucidatura è semplicemente un rivestimento inverso. Una soluzione elettrolucidante viene pompata sul diametro interno del tubo mentre il catodo viene aspirato attraverso il tubo. Il metallo viene preferibilmente rimosso dai punti più alti della superficie. Il processo "spera" di galvanizzare il catodo con il metallo che si dissolve dall'interno del tubo (ovvero, l'anodo). È importante controllare l'elettrochimica per prevenire il rivestimento catodico e mantenere la corretta valenza per ogni ione.
Durante l'elettrolucidatura, si forma ossigeno sulla superficie dell'anodo o dell'acciaio inossidabile, e idrogeno sulla superficie del catodo. L'ossigeno è un ingrediente chiave per creare le proprietà speciali delle superfici elettrolucidate, sia per aumentare la profondità dello strato di passivazione, sia per creare uno strato di passivazione vero e proprio.
L'elettrolucidatura avviene sotto il cosiddetto strato "Jacquet", costituito da solfito di nichel polimerizzato. Qualsiasi sostanza che interferisca con la formazione dello strato Jacquet darà luogo a una superficie elettrolucidata difettosa. Si tratta solitamente di uno ione, come cloruro o nitrato, che impedisce la formazione di solfito di nichel. Altre sostanze interferenti sono oli siliconici, grassi, cere e altri idrocarburi a catena lunga.
Dopo l'elettrolucidatura, i tubi sono stati lavati con acqua e ulteriormente passivati ​​in acido nitrico caldo. Questa ulteriore passivazione è necessaria per rimuovere eventuali residui di solfito di nichel e migliorare il rapporto cromo/ferro superficiale. I tubi passivati ​​successivamente sono stati lavati con acqua di processo, immersi in acqua deionizzata calda, asciugati e confezionati. Se è richiesto il confezionamento in camera bianca, i tubi vengono ulteriormente risciacquati in acqua deionizzata fino al raggiungimento della conduttività specificata, quindi asciugati con azoto caldo prima del confezionamento.
I metodi più comuni per l'analisi delle superfici elettrolucidate sono la spettroscopia elettronica Auger (AES) e la spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) (nota anche come spettroscopia elettronica per analisi chimica). L'AES utilizza elettroni generati in prossimità della superficie per generare un segnale specifico per ciascun elemento, che fornisce una distribuzione degli elementi in base alla profondità. L'XPS utilizza raggi X molli che creano spettri di legame, consentendo di distinguere le specie molecolari in base al loro stato di ossidazione.
Un valore di rugosità superficiale con un profilo superficiale simile all'aspetto della superficie non significa necessariamente lo stesso aspetto superficiale. La maggior parte dei profilatori moderni può riportare molti valori di rugosità superficiale diversi, tra cui Rq (noto anche come RMS), Ra, Rt (differenza massima tra il minimo e il massimo), Rz (altezza media massima del profilo) e molti altri valori. Queste espressioni sono state ottenute come risultato di vari calcoli effettuati utilizzando una singola passata sulla superficie con una penna diamantata. In questo bypass, una parte chiamata "cutoff" viene selezionata elettronicamente e i calcoli si basano su questa parte.
Le superfici possono essere meglio descritte utilizzando combinazioni di diversi valori di progetto come Ra e Rt, ma non esiste una funzione singola in grado di distinguere due superfici diverse con lo stesso valore Ra. L'ASME pubblica lo standard ASME B46.1, che definisce il significato di ciascuna funzione di calcolo.
Per ulteriori informazioni contattare: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Telefono: 262-642-8210.