Ten dwuczęściowy artykuł podsumowuje kluczowe punkty artykułu na temat elektropolerowania i stanowi zapowiedź prezentacji Tverberga na targach InterPhex, która odbędzie się w tym miesiącu. Dzisiaj, w części 1, omówimy znaczenie elektropolerowania rur ze stali nierdzewnej, techniki elektropolerowania i metody analityczne. W części drugiej przedstawimy najnowsze badania dotyczące pasywowanych, mechanicznie polerowanych rur ze stali nierdzewnej.
Część 1: Elektropolerowane rury ze stali nierdzewnej. Przemysł farmaceutyczny i półprzewodnikowy potrzebuje dużej liczby elektropolerowanych rur ze stali nierdzewnej. W obu przypadkach preferowanym stopem jest stal nierdzewna 316L. Czasami stosuje się stopy stali nierdzewnej z 6% molibdenu; stopy C-22 i C-276 są istotne dla producentów półprzewodników, zwłaszcza gdy gazowy kwas solny jest stosowany jako środek trawiący.
Łatwe charakteryzowanie wad powierzchni, które w przeciwnym razie pozostałyby niezauważone w labiryncie anomalii powierzchniowych spotykanych w powszechniejszych materiałach.
Chemiczna obojętność warstwy pasywującej wynika z faktu, że zarówno chrom, jak i żelazo znajdują się na 3+ stopniu utlenienia i nie są metalami zerowartościowymi. Powierzchnie polerowane mechanicznie zachowały wysoką zawartość wolnego żelaza w warstwie nawet po długotrwałej pasywacji termicznej kwasem azotowym. Sam ten czynnik zapewnia powierzchniom elektropolerowanym znaczną przewagę pod względem długoterminowej stabilności.
Kolejną istotną różnicą między tymi dwiema powierzchniami jest obecność (w przypadku powierzchni polerowanych mechanicznie) lub brak (w przypadku powierzchni elektropolerowanych) pierwiastków stopowych. Powierzchnie polerowane mechanicznie zachowują główny skład stopu z niewielką utratą innych pierwiastków stopowych, podczas gdy powierzchnie elektropolerowane zawierają głównie chrom i żelazo.
Produkcja rur elektropolerowanych Aby uzyskać gładką powierzchnię po elektropolerowaniu, należy zacząć od uzyskania gładkiej powierzchni. Oznacza to, że zaczynamy od stali o bardzo wysokiej jakości, wyprodukowanej z myślą o optymalnej spawalności. Kontrola jest niezbędna podczas topienia siarki, krzemu, manganu i pierwiastków odtleniających, takich jak aluminium, tytan, wapń, magnez i ferryt delta. Taśma musi zostać poddana obróbce cieplnej w celu rozpuszczenia wszelkich faz wtórnych, które mogą powstać podczas krzepnięcia stopu lub w procesie obróbki wysokotemperaturowej.
Ponadto, najważniejszy jest rodzaj wykończenia taśmy. Norma ASTM A-480 wymienia trzy dostępne komercyjnie wykończenia powierzchni taśmy na zimno: 2D (wyżarzanie w powietrzu, trawienie i walcowanie na tępo), 2B (wyżarzanie w powietrzu, trawienie i polerowanie na walcach) oraz 2BA (wyżarzanie na jasno i polerowanie tarczowe). atmosfery). rolki).
Profilowanie, spawanie i regulacja ściegu muszą być starannie kontrolowane, aby uzyskać rurę o jak najbardziej okrągłym kształcie. Po polerowaniu widoczne będą nawet najmniejsze podtoczenia spoiny lub płaska linia ściegu. Ponadto, po elektropolerowaniu widoczne będą ślady walcowania, ślady walcowania spoin oraz wszelkie uszkodzenia mechaniczne powierzchni.
Po obróbce cieplnej, wewnętrzna średnica rury musi zostać mechanicznie polerowana, aby wyeliminować defekty powierzchni powstałe podczas formowania taśmy i rury. Na tym etapie wybór wykończenia paskowego staje się krytyczny. Jeśli fałda jest zbyt głęboka, należy usunąć więcej metalu z powierzchni wewnętrznej średnicy rury, aby uzyskać gładką rurę. Jeśli chropowatość jest niewielka lub nie występuje wcale, należy usunąć mniej metalu. Najlepsze wykończenie elektropolerowane, zazwyczaj w zakresie 5 mikrocali lub gładsze, uzyskuje się przez wzdłużne polerowanie taśmowe rur. Ten rodzaj polerowania usuwa większość metalu z powierzchni, zazwyczaj w zakresie 0,001 cala, usuwając w ten sposób granice ziaren, niedoskonałości powierzchni i powstałe defekty. Polerowanie wirowe usuwa mniej materiału, tworzy „mętną” powierzchnię i zazwyczaj zapewnia wyższy Ra (średnia chropowatość powierzchni) w zakresie 10–15 mikrocali.
Elektropolerowanie Elektropolerowanie to nic innego jak odwrotne powlekanie. Roztwór elektropolerujący jest pompowany po wewnętrznej średnicy rury, podczas gdy katoda jest przeciągana przez rurę. Metal jest usuwany z najwyżej położonych punktów powierzchni. Proces ten ma na celu galwanizację katody metalem rozpuszczającym się wewnątrz rury (tj. anody). Ważne jest kontrolowanie elektrochemii, aby zapobiec powstaniu powłoki katodowej i utrzymać prawidłową wartościowość każdego jonu.
Podczas elektropolerowania na powierzchni anody lub stali nierdzewnej tworzy się tlen, a na powierzchni katody wodór. Tlen jest kluczowym składnikiem w procesie nadawania powierzchniom po elektropolerowaniu szczególnych właściwości, zarówno w celu zwiększenia głębokości warstwy pasywacyjnej, jak i stworzenia prawdziwej warstwy pasywacyjnej.
Elektropolerowanie odbywa się pod tzw. warstwą „Jacqueta”, która jest spolimeryzowanym siarczynem niklu. Wszystko, co zakłóca tworzenie się warstwy Jacqueta, spowoduje wadliwą powierzchnię po elektropolerowaniu. Zazwyczaj jest to jon, taki jak chlorek lub azotan, który zapobiega tworzeniu się siarczynu niklu. Inne substancje zakłócające to oleje silikonowe, smary, woski i inne węglowodory o długich łańcuchach.
Po elektropolerowaniu rury płukano wodą i dodatkowo pasywowano w gorącym kwasie azotowym. Ta dodatkowa pasywacja jest niezbędna do usunięcia resztek siarczynu niklu i poprawy stosunku chromu do żelaza na powierzchni. Następnie pasywowane rury płukano wodą procesową, umieszczano w gorącej wodzie dejonizowanej, suszono i pakowano. Jeśli wymagane jest pakowanie w pomieszczeniu czystym, rury dodatkowo płukano w wodzie dejonizowanej do osiągnięcia wymaganej przewodności, a następnie suszono gorącym azotem przed pakowaniem.
Najpopularniejszymi metodami analizy powierzchni elektropolerowanych są spektroskopia elektronów Augera (AES) oraz rentgenowska spektroskopia fotoelektronów (XPS) (znana również jako chemiczna spektroskopia elektronowa). AES wykorzystuje elektrony generowane blisko powierzchni do generowania specyficznego sygnału dla każdego pierwiastka, co pozwala na uzyskanie rozkładu pierwiastków w głąb. XPS wykorzystuje miękkie promieniowanie rentgenowskie, które tworzy widma wiązania, umożliwiając rozróżnienie cząsteczek na podstawie stopnia utlenienia.
Wartość chropowatości powierzchni o profilu zbliżonym do wyglądu powierzchni nie oznacza identycznego wyglądu powierzchni. Większość współczesnych profilometrów może raportować wiele różnych wartości chropowatości powierzchni, w tym Rq (znany również jako RMS), Ra, Rt (maksymalna różnica między minimalnym dołem a maksymalnym szczytem), Rz (średnia maksymalna wysokość profilu) i kilka innych wartości. Wyrażenia te uzyskano w wyniku różnych obliczeń z wykorzystaniem pojedynczego przejścia wokół powierzchni piórem diamentowym. W tym obejściu, część zwana „odcięciem” jest wybierana elektronicznie, a obliczenia są oparte na tej części.
Powierzchnie można lepiej opisać za pomocą kombinacji różnych wartości projektowych, takich jak Ra i Rt, ale nie ma jednej funkcji, która mogłaby rozróżnić dwie różne powierzchnie o tej samej wartości Ra. ASME publikuje normę ASME B46.1, która definiuje znaczenie każdej funkcji obliczeniowej.
Aby uzyskać więcej informacji, skontaktuj się z: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Telefon: 262-642-8210.