Questo articolo in due parti riassume i punti chiave dell'articolo sull'elettrolucidatura e anticipa la presentazione di Tverberg a InterPhex, che si terrà nel corso del 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 elettrolucidato Le industrie farmaceutiche e dei semiconduttori necessitano di un gran numero di tubi in acciaio inossidabile elettrolucidato. In entrambi i casi, la lega preferita è l'acciaio inossidabile 316L. 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.
Consente di caratterizzare facilmente i difetti superficiali che altrimenti rimarrebbero nascosti nel labirinto di anomalie superficiali presenti 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 a valenza zero. 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 risiede nella presenza (nelle superfici lucidate meccanicamente) o nell'assenza (nelle superfici elettrolucidate) di elementi di lega. Le superfici lucidate meccanicamente mantengono la composizione principale della lega con una minima perdita di altri elementi, 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 si parte da acciaio di altissima qualità, prodotto per garantire una saldabilità ottimale. Il controllo è fondamentale durante la fusione di zolfo, silicio, manganese ed elementi disossidanti come alluminio, titanio, calcio, magnesio e ferrite delta. Il nastro deve essere sottoposto a trattamento termico 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 della striscia è il più importante. La norma ASTM A-480 elenca tre finiture superficiali per strisce a freddo disponibili in commercio: 2D (ricotto in aria, decapato e laminato a freddo), 2B (ricotto in aria, decapato e lucidato a rullo) e 2BA (ricotto brillante e lucidato a scudo). atmosfera). rulli).
La profilatura, la saldatura e la regolazione del cordone devono essere controllate con precisione per ottenere un tubo il più rotondo possibile. Dopo la lucidatura, anche il minimo sottosquadro della saldatura o una linea piatta del cordone saranno visibili. Inoltre, dopo l'elettrolucidatura, saranno evidenti tracce di rullatura, segni di rullatura delle saldature e qualsiasi danno meccanico alla superficie.
Dopo il trattamento termico, il diametro interno del tubo deve essere lucidato meccanicamente per eliminare i difetti superficiali formatisi durante la lavorazione del nastro e del tubo stesso. In questa fase, la scelta della finitura del nastro diventa cruciale. Se la piega è troppo profonda, è necessario rimuovere più metallo dalla superficie del diametro interno del tubo per ottenere una superficie liscia. Se la rugosità è superficiale o assente, è necessario rimuovere meno metallo. La migliore finitura elettrolucidata, tipicamente nell'ordine dei 5 micropollice o inferiore, si ottiene mediante lucidatura longitudinale a nastro dei tubi. Questo tipo di lucidatura rimuove la maggior parte del metallo dalla superficie, in genere nell'ordine di 0,001 pollici, eliminando così i bordi dei grani, le imperfezioni superficiali e i difetti formatisi. La lucidatura a vortice rimuove meno materiale, crea una superficie "nuvola" e in genere produce una rugosità superficiale media (Ra) più elevata, nell'ordine dei 10-15 micropollice.
Elettrolucidatura L'elettrolucidatura è semplicemente un processo di rivestimento inverso. Una soluzione elettrolucidante viene pompata sulla superficie interna del tubo mentre il catodo viene fatto passare attraverso di esso. 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, dall'anodo). È importante controllare l'elettrochimica per prevenire la deposizione di un rivestimento catodico e per mantenere la corretta valenza di ciascun ione.
Durante l'elettrolucidatura, sulla superficie dell'anodo o dell'acciaio inossidabile si forma ossigeno, mentre sulla superficie del catodo si forma idrogeno. L'ossigeno è un elemento chiave per la creazione delle particolari proprietà delle superfici elettrolucidate, sia per aumentare la profondità dello strato di passivazione sia per creare un vero e proprio strato di passivazione.
L'elettrolucidatura avviene sotto il cosiddetto strato di "Jacquet", costituito da solfuro di nichel polimerizzato. Qualsiasi elemento che interferisca con la formazione dello strato di Jacquet comporterà la formazione di una superficie elettrolucidata difettosa. Solitamente si tratta di ioni, come cloruro o nitrato, che impediscono la formazione del solfuro 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 solfuro di nichel e per migliorare il rapporto cromo/ferro superficiale. I tubi passivati ​​sono stati quindi lavati con acqua di processo, immersi in acqua deionizzata calda, asciugati e confezionati. Qualora sia richiesto l'imballaggio in camera bianca, i tubi vengono ulteriormente risciacquati in acqua deionizzata fino al raggiungimento della conduttività specificata, quindi asciugati con azoto caldo prima dell'imballaggio.
I metodi più comuni per l'analisi delle superfici elettrolucidate sono la spettroscopia Auger (AES) e la spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) (nota anche come spettroscopia elettronica ad analisi chimica). L'AES utilizza elettroni generati vicino alla superficie per produrre un segnale specifico per ciascun elemento, che fornisce una distribuzione degli elementi in funzione della profondità. L'XPS utilizza raggi X a bassa energia 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 che l'aspetto della superficie sia identico. La maggior parte dei profilometri moderni può fornire diversi valori di rugosità superficiale, tra cui Rq (anche noto come RMS), Ra, Rt (differenza massima tra minimo e massimo), Rz (altezza media massima del profilo) e molti altri. Queste espressioni sono state ottenute a seguito di vari calcoli effettuati con un singolo passaggio sulla superficie mediante una punta diamantata. In questo passaggio, una parte chiamata "taglio" viene selezionata elettronicamente e i calcoli si basano su questa parte.
Le superfici possono essere descritte in modo più preciso utilizzando combinazioni di diversi valori di progetto, come Ra e Rt, ma non esiste una singola funzione in grado di distinguere tra due superfici diverse con lo stesso valore di 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.