Denne todelte artikkelen oppsummerer hovedpoengene i artikkelen om elektropolering og gir en forhåndsvisning av Tverbergs presentasjon på InterPhex senere denne måneden. I dag, i del 1, skal vi diskutere viktigheten av elektropolering av rør i rustfritt stål, elektropoleringsteknikker og analytiske metoder. I den andre delen presenterer vi den nyeste forskningen på passivert mekanisk polerte rør i rustfritt stål.
Del 1: Elektropolerte rør av rustfritt stål Legemiddelindustrien og halvlederindustrien trenger et stort antall elektropolerte rør av rustfritt stål. I begge tilfeller er 316L rustfritt stål den foretrukne legeringen. Legeringer av rustfritt stål med 6 % molybden brukes noen ganger; legeringene C-22 og C-276 er viktige for halvlederprodusenter, spesielt når gassformig saltsyre brukes som etsemiddel.
Karakteriser enkelt overflatedefekter som ellers ville blitt maskert i labyrinten av overflateavvik som finnes i mer vanlige materialer.
Den kjemiske inertiteten til passiveringslaget skyldes at både krom og jern er i oksidasjonstilstanden 3+, og ikke er nullverdige metaller. Mekanisk polerte overflater beholdt et høyt innhold av fritt jern i filmen selv etter langvarig termisk passivering med salpetersyre. Denne faktoren alene gir elektropolerte overflater en stor fordel når det gjelder langsiktig stabilitet.
En annen viktig forskjell mellom de to overflatene er tilstedeværelsen (i mekanisk polerte overflater) eller fraværet (i elektropolerte overflater) av legeringselementer. Mekanisk polerte overflater beholder hovedlegeringssammensetningen med lite tap av andre legeringselementer, mens elektropolerte overflater stort sett bare inneholder krom og jern.
Lage elektropolerte rør For å få en glatt elektropolert overflate må du starte med en glatt overflate. Dette betyr at vi starter med stål av svært høy kvalitet, produsert for optimal sveisbarhet. Kontroll er nødvendig ved smelting av svovel, silisium, mangan og deoksiderende elementer som aluminium, titan, kalsium, magnesium og deltaferritt. Båndet må varmebehandles for å løse opp eventuelle sekundære faser som kan dannes under smeltestørkning eller dannes under høytemperaturbehandling.
I tillegg er typen stripefinish den viktigste. ASTM A-480 lister opp tre kommersielt tilgjengelige kalde stripeoverflatebehandlinger: 2D (luftglødet, beiselet og stumpvalset), 2B (luftglødet, valsebeiset og valsepolert) og 2BA (blankglødet og skjoldpolert). (atmosfærevalser).
Profilering, sveising og justering av sveisestrengen må kontrolleres nøye for å oppnå et så rundt rør som mulig. Etter polering vil selv den minste underskjæring av sveisen eller en flat linje av sveisestrengen være synlig. I tillegg vil spor av valsing, rullemønstre av sveiser og eventuelle mekaniske skader på overflaten være tydelige etter elektropolering.
Etter varmebehandling må rørets indre diameter poleres mekanisk for å eliminere overflatedefekter som dannes under dannelsen av strimmelen og røret. På dette stadiet blir valget av strimmelfinish kritisk. Hvis folden er for dyp, må mer metall fjernes fra overflaten av rørets indre diameter for å oppnå et glatt rør. Hvis ruheten er grunn eller fraværende, må mindre metall fjernes. Den beste elektropolerte finishen, vanligvis i området 5 mikrotommer eller glattere, oppnås ved langsgående båndpolering av rørene. Denne typen polering fjerner mesteparten av metallet fra overflaten, vanligvis i området 0,001 tommer, og fjerner dermed korngrenser, overflatefeil og dannede defekter. Virvelpolering fjerner mindre materiale, skaper en "uklar" overflate og produserer vanligvis en høyere Ra (gjennomsnittlig overflateruhet) i området 10–15 mikrotommer.
Elektropolering Elektropolering er bare et omvendt belegg. En elektropoleringsløsning pumpes over rørets indre diameter mens katoden trekkes gjennom røret. Metallet fjernes helst fra de høyeste punktene på overflaten. Prosessen «håper» å galvanisere katoden med metall som løses opp fra innsiden av røret (dvs. anoden). Det er viktig å kontrollere elektrokjemien for å forhindre katodisk belegg og for å opprettholde riktig valens for hvert ion.
Under elektropolering dannes oksygen på overflaten av anoden eller rustfritt stål, og hydrogen dannes på overflaten av katoden. Oksygen er en nøkkelingrediens i å skape de spesielle egenskapene til elektropolerte overflater, både for å øke dybden på passiveringslaget og for å skape et ekte passiveringslag.
Elektropolering skjer under det såkalte «Jacquet»-laget, som er en polymerisert nikkelsulfitt. Alt som forstyrrer dannelsen av Jacquet-laget vil resultere i en defekt elektropolert overflate. Dette er vanligvis et ion, som klorid eller nitrat, som forhindrer dannelsen av nikkelsulfitt. Andre forstyrrende stoffer er silikonoljer, fett, voks og andre langkjedede hydrokarboner.
Etter elektropolering ble rørene vasket med vann og i tillegg passivert i varm salpetersyre. Denne ekstra passiveringen er nødvendig for å fjerne eventuell gjenværende nikkelsulfitt og for å forbedre forholdet mellom krom og jern på overflaten. De påfølgende passiverte rørene ble vasket med prosessvann, plassert i varmt avionisert vann, tørket og pakket. Hvis renromsemballasje er nødvendig, skylles slangene i tillegg i avionisert vann til den spesifiserte konduktiviteten er nådd, deretter tørkes de med varmt nitrogen før emballering.
De vanligste metodene for å analysere elektropolerte overflater er Auger-elektronspektroskopi (AES) og røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) (også kjent som kjemisk analyse-elektronspektroskopi). AES bruker elektroner generert nær overflaten for å generere et spesifikt signal for hvert element, noe som gir en fordeling av elementer med dybde. XPS bruker myke røntgenstråler som lager bindingsspektre, slik at molekylære arter kan skilles ut etter oksidasjonstilstand.
En overflateruhetsverdi med en overflateprofil som ligner på overflatens utseende betyr ikke samme overflateutseende. De fleste moderne profileringsmaskiner kan rapportere mange forskjellige overflateruhetsverdier, inkludert Rq (også kjent som RMS), Ra, Rt (maksimal forskjell mellom minimumsbunn og maksimal topp), Rz (gjennomsnittlig maksimal profilhøyde) og flere andre verdier. Disse uttrykkene ble oppnådd som et resultat av forskjellige beregninger ved bruk av en enkelt passasje rundt overflaten med en diamantpenn. I denne bypass-en velges en del kalt "cutoff" elektronisk, og beregningene er basert på denne delen.
Overflater kan bedre beskrives ved å bruke kombinasjoner av forskjellige designverdier som Ra og Rt, men det finnes ingen enkelt funksjon som kan skille mellom to forskjellige overflater med samme Ra-verdi. ASME publiserer ASME B46.1-standarden, som definerer betydningen av hver beregningsfunksjon.
For mer informasjon, kontakt: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Telefon: 262-642-8210.