Šiame dviejų dalių straipsnyje apibendrinami pagrindiniai straipsnio apie elektropoliravimą teiginiai ir apžvelgiamas Tverbergo pranešimas „InterPhex“ konferencijoje, kuri vyks vėliau šį mėnesį. Šiandien, pirmoje dalyje, aptarsime nerūdijančio plieno vamzdžių elektropoliravimo svarbą, elektropoliravimo metodus ir analitinius metodus. Antroje dalyje pristatome naujausius pasyvuotų mechaniškai poliruotų nerūdijančio plieno vamzdžių tyrimus.
1 dalis: Elektropoliruoti nerūdijančio plieno vamzdžiai Farmacijos ir puslaidininkių pramonei reikia daug elektropoliruotų nerūdijančio plieno vamzdžių. Abiem atvejais pageidaujamas lydinys yra 316L nerūdijantis plienas. Kartais naudojami nerūdijančio plieno lydiniai su 6 % molibdeno; C-22 ir C-276 lydiniai yra svarbūs puslaidininkių gamintojams, ypač kai kaip ėsdinimo medžiaga naudojama dujinė druskos rūgštis.
Lengvai apibūdinkite paviršiaus defektus, kurie kitu atveju būtų užmaskuoti įprastesnių medžiagų paviršiaus anomalijų labirinte.
Pasyvuojančio sluoksnio cheminis inertiškumas atsiranda dėl to, kad ir chromas, ir geležis yra 3+ oksidacijos būsenoje ir nėra nulinio valentinio metalo. Mechaniškai poliruoti paviršiai išlaikė didelį laisvos geležies kiekį plėvelėje net ir po ilgo terminio pasyvavimo azoto rūgštimi. Vien šis veiksnys suteikia elektropoliruotiems paviršiams didelį pranašumą ilgalaikio stabilumo požiūriu.
Kitas svarbus skirtumas tarp šių dviejų paviršių yra legiruojančių elementų buvimas (mechaniškai poliruotuose paviršiuose) arba nebuvimas (elektropoliruotuose paviršiuose). Mechaniškai poliruotuose paviršiuose išlaikoma pagrindinė legiruojančių elementų sudėtis, o kitų legiruojančių elementų prarandama nedaug, o elektropoliruotuose paviršiuose daugiausia yra chromo ir geležies.
Elektropoliruotų vamzdžių gamyba. Norint gauti lygų elektropoliruotą paviršių, reikia pradėti nuo lygaus paviršiaus. Tai reiškia, kad pradedame nuo labai aukštos kokybės plieno, pagaminto optimaliam suvirinamumui. Lydant sierą, silicį, manganą ir deoksiduojančius elementus, tokius kaip aliuminis, titanas, kalcis, magnis ir delta feritas, būtina kontrolė. Juosta turi būti termiškai apdorota, kad ištirptų visos antrinės fazės, kurios gali susidaryti lydalo kietėjimo metu arba susidaryti apdorojant aukštoje temperatūroje.
Be to, svarbiausias yra juostų apdailos tipas. ASTM A-480 standarte išvardytos trys komerciškai prieinamos šaltojo valcavimo juostų paviršiaus apdailos: 2D (atkaitinta oru, marinuota ir buku valcavimu), 2B (atkaitinta oru, valcuota marinuota ir valcuota) ir 2BA (blizganti atkaitinta ir ekranuota).
Profiliavimas, suvirinimas ir siūlės reguliavimas turi būti kruopščiai kontroliuojami, kad vamzdis būtų kuo apvalesnis. Po poliravimo bus matomas net menkiausias suvirinimo siūlės įpjovimas ar plokščia siūlės linija. Be to, po elektropoliravimo bus akivaizdūs valcavimo pėdsakai, suvirinimo siūlių valcavimo raštai ir bet kokie mechaniniai paviršiaus pažeidimai.
Po terminio apdorojimo vidinis vamzdžio skersmuo turi būti mechaniškai poliruojamas, kad būtų pašalinti paviršiaus defektai, susidarę formuojant juostelę ir vamzdį. Šiame etape labai svarbus tampa juostos apdailos pasirinkimas. Jei klostė per gili, nuo vamzdžio vidinio skersmens paviršiaus reikia pašalinti daugiau metalo, kad vamzdis būtų lygus. Jei šiurkštumas nedidelis arba jo visai nėra, reikia pašalinti mažiau metalo. Geriausia elektropoliruota apdaila, paprastai 5 mikrocolių arba lygesnė, gaunama išilginiu juostiniu vamzdžių poliravimu. Šio tipo poliravimas pašalina didžiąją dalį metalo nuo paviršiaus, paprastai 0,001 colio, taip pašalinant grūdelių ribas, paviršiaus defektus ir susidariusius defektus. Sūkurinis poliravimas pašalina mažiau medžiagos, sukuria „drumstą“ paviršių ir paprastai sukuria didesnį Ra (vidutinį paviršiaus šiurkštumą) 10–15 mikrocolių diapazone.
Elektropoliravimas Elektropoliravimas yra tiesiog atvirkštinis padengimas. Elektropoliravimo tirpalas pumpuojamas per vidinį vamzdžio skersmenį, tuo pačiu metu traukiant katodą per vamzdį. Metalas pageidautina pašalinamas iš aukščiausių paviršiaus taškų. Proceso metu „tikimasi“ cinkuoti katodą metalu, kuris ištirpsta iš vamzdžio vidaus (t. y. anodo). Svarbu kontroliuoti elektrochemiją, kad būtų išvengta katodinio padengimo ir išlaikytas tinkamas kiekvieno jono valentingumas.
Elektropoliravimo metu anodo arba nerūdijančio plieno paviršiuje susidaro deguonis, o katodo paviršiuje – vandenilis. Deguonis yra pagrindinis ingredientas, suteikiantis elektropoliruotų paviršių ypatingas savybes, tiek didinant pasyvavimo sluoksnio gylį, tiek sukuriant tikrą pasyvavimo sluoksnį.
Elektropoliravimas atliekamas po vadinamuoju „žaketo“ sluoksniu, kuris yra polimerizuotas nikelio sulfitas. Viskas, kas trukdo susidaryti žaketo sluoksniui, sukels defektinį elektropoliruotą paviršių. Paprastai tai yra jonas, pavyzdžiui, chloridas arba nitratas, kuris neleidžia susidaryti nikelio sulfitui. Kitos trukdančios medžiagos yra silikoninės alyvos, riebalai, vaškai ir kiti ilgos grandinės angliavandeniliai.
Po elektropoliravimo vamzdeliai buvo plaunami vandeniu ir papildomai pasyvuojami karštoje azoto rūgštyje. Šis papildomas pasyvavimas yra būtinas norint pašalinti bet kokius likusius nikelio sulfitus ir pagerinti paviršiaus chromo ir geležies santykį. Vėliau pasyvuoti vamzdeliai buvo plaunami technologiniu vandeniu, dedami į karštą dejonizuotą vandenį, išdžiovinami ir supakuojami. Jei reikalinga pakuotė švarioje patalpoje, vamzdeliai papildomai skalaujami dejonizuotu vandeniu, kol pasiekiamas nurodytas laidumas, o tada prieš pakavimą išdžiovinami karštu azotu.
Dažniausi elektropoliruotų paviršių analizės metodai yra Augerio elektronų spektroskopija (AES) ir rentgeno spindulių fotoelektronų spektroskopija (XPS) (dar žinoma kaip cheminės analizės elektronų spektroskopija). AES naudoja šalia paviršiaus susidarančius elektronus, kad sugeneruotų specifinį kiekvieno elemento signalą, kuris parodo elementų pasiskirstymą su gyliu. XPS naudoja švelnius rentgeno spindulius, kurie sukuria jungimosi spektrus, leidžiančius atskirti molekulių rūšis pagal oksidacijos būseną.
Paviršiaus šiurkštumo vertė, kai paviršiaus profilis yra panašus į paviršiaus išvaizdą, nereiškia tokios pačios paviršiaus išvaizdos. Dauguma šiuolaikinių profiliuotojų gali pateikti daug skirtingų paviršiaus šiurkštumo verčių, įskaitant Rq (dar vadinamą RMS), Ra, Rt (didžiausias skirtumas tarp minimalaus įdubimo ir maksimalaus piko), Rz (vidutinis maksimalus profilio aukštis) ir keletą kitų verčių. Šios išraiškos buvo gautos atlikus įvairius skaičiavimus, naudojant vieną kartą deimantiniu rašikliu apibraukiant paviršių. Šiame aplenkime elektroniniu būdu parenkama dalis, vadinama „ribine verte“, ir skaičiavimai atliekami pagal šią dalį.
Paviršius galima geriau apibūdinti naudojant skirtingų projektavimo verčių, tokių kaip Ra ir Rt, derinius, tačiau nėra vienos funkcijos, kuri galėtų atskirti du skirtingus paviršius su ta pačia Ra verte. ASME skelbia ASME B46.1 standartą, kuriame apibrėžiama kiekvienos skaičiavimo funkcijos reikšmė.
Daugiau informacijos teiraukitės: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Telefonas: 262-642-8210.