この2部構成の記事では、電解研磨に関する記事の要点をまとめ、今月後半に開催されるInterPhexでのTverberg氏のプレゼンテーションのプレビューを掲載します。本日の第1部では、ステンレス鋼管の電解研磨の重要性、電解研磨技術、そして分析方法について解説します。第2部では、機械研磨によって不動態化されたステンレス鋼管に関する最新の研究成果をご紹介します。
パート1：電解研磨ステンレス鋼管 製薬業界と半導体業界では、電解研磨されたステンレス鋼管が大量に必要とされています。どちらの場合も、316Lステンレス鋼が推奨される合金です。モリブデン含有量が6%のステンレス鋼合金が使用されることもあります。C-22合金とC-276合金は、特に塩酸ガスをエッチング液として使用する半導体メーカーにとって重要です。
より一般的な材料に見られる表面異常の迷路の中で隠れてしまう表面欠陥を簡単に特徴付けることができます。
不動態化層の化学的不活性は、クロムと鉄が共に3価の酸化状態にあり、ゼロ価金属ではないことに起因します。機械研磨された表面は、硝酸による長時間の熱不動態化処理後でも、膜中に高い遊離鉄含有量を維持しました。この要因だけでも、電解研磨された表面は長期安定性の点で大きな利点を有します。
二つの表面のもう一つの重要な違いは、合金元素の有無（機械研磨面）です。機械研磨面は主要な合金組成を維持し、他の合金元素の損失はほとんどありませんが、電解研磨面は主にクロムと鉄のみを含みます。
電解研磨パイプの製造 滑らかな電解研磨面を得るには、まず滑らかな表面が必要です。つまり、最適な溶接性を実現するために製造された非常に高品質の鋼材から始めるということです。硫黄、シリコン、マンガン、そしてアルミニウム、チタン、カルシウム、マグネシウム、デルタフェライトなどの脱酸元素を溶融する際には、制御が不可欠です。溶融凝固時または高温処理時に形成される可能性のある二次相を溶解するために、鋼板は熱処理を施す必要があります。
さらに、ストリップ仕上げの種類が最も重要です。ASTM A-480には、市販されている冷間ストリップの表面仕上げとして、2D（大気焼鈍、酸洗、鈍圧延）、2B（大気焼鈍、ロール酸洗、ロール研磨）、2BA（光輝焼鈍、シールド研磨）の3種類が挙げられています。（大気雰囲気）。ロール）。
可能な限り真円度の高い管を得るためには、プロファイリング、溶接、ビード調整を綿密に管理する必要があります。研磨後には、溶接部のわずかなアンダーカットやビードの平坦な線さえも目視で確認できます。さらに、電解研磨後には、圧延痕、溶接部の圧延パターン、そして表面のあらゆる機械的損傷が明らかになります。
熱処理後、パイプの内径を機械的に研磨して、ストリップとパイプの形成中に形成された表面欠陥を除去する必要があります。この段階で、ストライプ仕上げの選択が重要になります。折り目が深すぎると、滑らかなチューブを得るためにチューブの内径の表面からより多くの金属を除去する必要があります。粗さが浅いまたはまったくない場合は、除去する金属の量が少なくて済みます。通常、5 マイクロインチ範囲以上の滑らかな電解研磨仕上げは、チューブの縦方向バンド研磨によって得られます。このタイプの研磨では、通常 0.001 インチ範囲で表面からほとんどの金属が除去され、それによって粒界、表面欠陥、および成形欠陥が除去されます。旋回研磨では、除去される材料が少なく、「曇った」表面になり、通常、10～15 マイクロインチ範囲のより高い Ra (平均表面粗さ) が生成されます。
電解研磨 電解研磨は、コーティングの逆プロセスです。陰極を管内を通して引き込みながら、電解研磨液を管の内径に沿って送り込みます。金属は、表面の最も高い部分から除去されるのが望ましいです。このプロセスは、管内（つまり陽極）から溶解した金属で陰極を亜鉛めっきすることを「期待」します。陰極コーティングを防ぎ、各イオンの価数を適切に維持するために、電気化学反応を制御することが重要です。
電解研磨中、陽極またはステンレス鋼の表面に酸素が生成され、陰極の表面に水素が生成されます。酸素は、電解研磨された表面の特殊な特性を生み出す上で重要な成分であり、不動態層の深さを増加させるだけでなく、真の不動態層を形成する上でも重要な役割を果たします。
電解研磨は、いわゆる「ジャケ層」と呼ばれる、重合した亜硫酸ニッケル層の下で行われます。ジャケ層の形成を阻害する物質は、電解研磨面に欠陥をもたらします。ジャケ層の形成を阻害する物質として、通常は塩化物や硝酸塩などのイオンが挙げられ、これらは亜硫酸ニッケルの形成を阻害します。その他の阻害物質としては、シリコーンオイル、グリース、ワックス、その他の長鎖炭化水素などがあります。
電解研磨後、チューブは水洗し、さらに高温硝酸で不動態化処理を行いました。この追加の不動態化処理は、残留する亜硫酸ニッケルを除去し、表面のクロムと鉄の比率を向上させるために必要です。その後、不動態化処理を施したチューブはプロセス水で洗浄し、高温の脱イオン水に浸漬した後、乾燥して梱包しました。クリーンルーム梱包が必要な場合は、規定の導電率に達するまでチューブを脱イオン水でさらに洗浄し、その後、高温窒素で乾燥させてから梱包します。
電解研磨面を分析する最も一般的な方法は、オージェ電子分光法（AES）とX線光電子分光法（XPS）（化学分析電子分光法とも呼ばれる）です。AESは、表面付近で発生した電子を用いて各元素に固有の信号を生成し、深さ方向の元素分​​布を示します。XPSは、軟X線を用いて結合スペクトルを生成することで、分子種を酸化状態によって区別することができます。
表面粗さ値が表面外観と類似しているからといって、必ずしも表面外観が同じであるとは限りません。最新のプロファイラーのほとんどは、Rq（RMSとも呼ばれる）、Ra、Rt（最小トラフと最大ピークの最大差）、Rz（平均最大プロファイル高さ）など、様々な表面粗さ値を測定できます。これらの式は、ダイヤモンドペンで表面を1回通過させた際に得られる様々な計算の結果として得られます。このバイパスでは、「カットオフ」と呼ばれる部分が電子的に選択され、この部分に基づいて計算が行われます。
表面は、RaやRtなどの異なる設計値の組み合わせを使用することでより適切に記述できますが、同じRa値を持つ2つの異なる表面を区別できる単一の関数は存在しません。ASMEは、各計算関数の意味を定義したASME B46.1規格を発行しています。
詳細については、John Tverberg（Trent Tube、2015 Energy Dr.、PO Box 77、East Troy、WI 53120）までお問い合わせください。電話：262-642-8210。