Este artigo em duas partes resume os pontos principais do artigo sobre eletropolimento e apresenta uma prévia da apresentação de Tverberg na InterPhex, ainda este mês. Hoje, na Parte 1, discutiremos a importância do eletropolimento de tubos de aço inoxidável, as técnicas de eletropolimento e os métodos analíticos. Na segunda parte, apresentaremos as pesquisas mais recentes sobre tubos de aço inoxidável passivados e polidos mecanicamente.
Parte 1: Tubos de aço inoxidável eletropolidos. As indústrias farmacêutica e de semicondutores necessitam de um grande número de tubos de aço inoxidável eletropolidos. Em ambos os casos, o aço inoxidável 316L é a liga preferida. Ligas de aço inoxidável com 6% de molibdênio são utilizadas ocasionalmente; as ligas C-22 e C-276 são importantes para os fabricantes de semicondutores, especialmente quando o ácido clorídrico gasoso é utilizado como agente de corrosão.
Caracteriza facilmente defeitos superficiais que, de outra forma, ficariam mascarados no labirinto de anomalias superficiais encontradas em materiais mais comuns.
A inércia química da camada passivante deve-se ao fato de que tanto o cromo quanto o ferro estão no estado de oxidação 3+, e não são metais de valência zero. As superfícies polidas mecanicamente retiveram um alto teor de ferro livre no filme mesmo após passivação térmica prolongada com ácido nítrico. Esse fator, por si só, confere às superfícies eletropolidas uma grande vantagem em termos de estabilidade a longo prazo.
Outra diferença importante entre as duas superfícies é a presença (em superfícies polidas mecanicamente) ou ausência (em superfícies eletropolidas) de elementos de liga. As superfícies polidas mecanicamente retêm a composição principal da liga com pouca perda de outros elementos de liga, enquanto as superfícies eletropolidas contêm principalmente apenas cromo e ferro.
Fabricação de tubos eletropolidos: Para obter uma superfície eletropolida lisa, é necessário começar com uma superfície lisa. Isso significa que partimos de aço de altíssima qualidade, fabricado para otimizar a soldabilidade. É fundamental o controle na fusão de enxofre, silício, manganês e elementos desoxidantes como alumínio, titânio, cálcio, magnésio e ferrita delta. A tira deve ser tratada termicamente para dissolver quaisquer fases secundárias que possam se formar durante a solidificação da fusão ou durante o processamento em alta temperatura.
Além disso, o tipo de acabamento da faixa é o mais importante. A norma ASTM A-480 lista três acabamentos de superfície para faixas a frio disponíveis comercialmente: 2D (recozido ao ar, decapado e laminado a frio), 2B (recozido ao ar, decapado e polido por laminação) e 2BA (recozido brilhante e polido com blindagem).
O perfilamento, a soldagem e o ajuste do cordão devem ser cuidadosamente controlados para obter o tubo mais circular possível. Após o polimento, até mesmo o menor rebaixo na solda ou uma linha plana no cordão ficará visível. Além disso, após o eletropolimento, marcas de laminação, padrões de laminação das soldas e quaisquer danos mecânicos na superfície ficarão evidentes.
Após o tratamento térmico, o diâmetro interno do tubo deve ser polido mecanicamente para eliminar defeitos superficiais formados durante a conformação da tira e do tubo. Nesta etapa, a escolha do acabamento da tira torna-se crucial. Se a dobra for muito profunda, mais metal precisa ser removido da superfície do diâmetro interno do tubo para obter um tubo liso. Se a rugosidade for rasa ou inexistente, menos metal precisa ser removido. O melhor acabamento eletropolido, tipicamente na faixa de 5 micropolegadas ou mais liso, é obtido pelo polimento longitudinal em banda dos tubos. Este tipo de polimento remove a maior parte do metal da superfície, tipicamente na faixa de 0,001 polegada, removendo assim contornos de grão, imperfeições superficiais e defeitos formados. O polimento por rotação remove menos material, cria uma superfície "turva" e tipicamente produz uma rugosidade superficial média (Ra) mais alta, na faixa de 10 a 15 micropolegadas.
Eletropolimento é simplesmente um revestimento inverso. Uma solução de eletropolimento é bombeada sobre o diâmetro interno do tubo enquanto o cátodo é puxado através dele. O metal é preferencialmente removido dos pontos mais altos da superfície. O processo visa galvanizar o cátodo com metal que se dissolve do interior do tubo (ou seja, do ânodo). É importante controlar a eletroquímica para evitar o revestimento catódico e manter a valência correta de cada íon.
Durante o eletropolimento, o oxigênio se forma na superfície do ânodo ou do aço inoxidável, e o hidrogênio se forma na superfície do cátodo. O oxigênio é um ingrediente fundamental para criar as propriedades especiais das superfícies eletropolidas, tanto para aumentar a profundidade da camada de passivação quanto para criar uma verdadeira camada de passivação.
O eletropolimento ocorre sob a chamada camada "Jacquet", que é um sulfito de níquel polimerizado. Qualquer coisa que interfira na formação da camada Jacquet resultará em uma superfície eletropolida defeituosa. Geralmente, trata-se de um íon, como cloreto ou nitrato, que impede a formação do sulfito de níquel. Outras substâncias que interferem são óleos de silicone, graxas, ceras e outros hidrocarbonetos de cadeia longa.
Após o eletropolimento, os tubos foram lavados com água e passivados adicionalmente em ácido nítrico quente. Essa passivação adicional é necessária para remover qualquer resíduo de sulfito de níquel e melhorar a relação cromo/ferro na superfície. Os tubos passivados subsequentes foram lavados com água de processo, colocados em água deionizada quente, secos e embalados. Caso seja necessária a embalagem em sala limpa, os tubos são enxaguados adicionalmente em água deionizada até atingir a condutividade especificada e, em seguida, secos com nitrogênio quente antes da embalagem.
Os métodos mais comuns para analisar superfícies eletropolidas são a espectroscopia de elétrons Auger (AES) e a espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) (também conhecida como espectroscopia de elétrons para análise química). A AES utiliza elétrons gerados próximos à superfície para gerar um sinal específico para cada elemento, o que fornece uma distribuição dos elementos em função da profundidade. A XPS utiliza raios X de baixa energia que criam espectros de ligação, permitindo distinguir espécies moleculares por seu estado de oxidação.
Um valor de rugosidade superficial com um perfil de superfície semelhante à aparência da superfície não significa que a aparência da superfície seja a mesma. A maioria dos perfilômetros modernos pode fornecer diversos valores de rugosidade superficial, incluindo Rq (também conhecido como RMS), Ra, Rt (diferença máxima entre o vale mínimo e o pico máximo), Rz (altura média máxima do perfil) e vários outros valores. Essas expressões foram obtidas como resultado de vários cálculos usando uma única passagem ao redor da superfície com uma caneta de diamante. Nesse processo, uma parte chamada "corte" é selecionada eletronicamente e os cálculos são baseados nessa parte.
As superfícies podem ser melhor descritas usando combinações de diferentes valores de projeto, como Ra e Rt, mas não existe uma única função capaz de distinguir entre duas superfícies diferentes com o mesmo valor de Ra. A ASME publica a norma ASME B46.1, que define o significado de cada função de cálculo.
Para obter mais informações, entre em contato com: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Telefone: 262-642-8210.