Acest articol în două părți rezumă punctele cheie ale articolului despre electrolustruire și prezintă în avanpremieră prezentarea lui Tverberg la InterPhex, care va avea loc la sfârșitul acestei luni. Astăzi, în Partea 1, vom discuta despre importanța electrolustruirii țevilor din oțel inoxidabil, tehnicile de electrolustruire și metodele analitice. În a doua parte, prezentăm cele mai recente cercetări privind țevile din oțel inoxidabil pasivate, lustruite mecanic.
Partea 1: Tuburi din oțel inoxidabil electropolizate Industriile farmaceutică și semiconductorilor au nevoie de un număr mare de tuburi din oțel inoxidabil electropolizate. În ambele cazuri, oțelul inoxidabil 316L este aliajul preferat. Uneori se utilizează aliaje de oțel inoxidabil cu 6% molibden; aliajele C-22 și C-276 sunt importante pentru producătorii de semiconductori, în special atunci când se utilizează acid clorhidric gazos ca agent de corodare.
Caracterizați cu ușurință defectele de suprafață care altfel ar fi mascate în labirintul de anomalii de suprafață întâlnite în materialele mai comune.
Inerția chimică a stratului de pasivare se datorează faptului că atât cromul, cât și fierul se află în starea de oxidare 3+ și nu sunt metale zerovalente. Suprafețele lustruite mecanic au păstrat un conținut ridicat de fier liber în peliculă chiar și după pasivări termice prelungite cu acid azotic. Acest factor în sine conferă suprafețelor electrolustruite un mare avantaj în ceea ce privește stabilitatea pe termen lung.
O altă diferență importantă între cele două suprafețe este prezența (în cazul suprafețelor lustruite mecanic) sau absența (în cazul suprafețelor electrolustruite) elementelor de aliere. Suprafețele lustruite mecanic își păstrează compoziția principală de aliere cu o pierdere mică a altor elemente de aliere, în timp ce suprafețele electrolustruite conțin în mare parte doar crom și fier.
Fabricarea țevilor electroliticate Pentru a obține o suprafață netedă electroliticată, trebuie să începeți cu o suprafață netedă. Aceasta înseamnă că începem cu oțel de foarte înaltă calitate, fabricat pentru o sudabilitate optimă. Controlul este necesar la topirea sulfului, siliciului, manganului și a elementelor dezoxidante precum aluminiul, titanul, calciul, magneziul și feritul delta. Banda trebuie tratată termic pentru a dizolva orice faze secundare care se pot forma în timpul solidificării topiturii sau în timpul procesării la temperaturi înalte.
În plus, tipul de finisaj al benzii este cel mai important. ASTM A-480 enumeră trei finisaje de suprafață pentru benzi la rece disponibile comercial: 2D (recoaptă în aer, decapată și laminată cu atmosferă brută), 2B (recoaptă în aer, decapată prin laminare și lustruită prin laminare) și 2BA (recoaptă strălucitoare și lustruită cu ecran).
Profilarea, sudarea și ajustarea cordonului trebuie controlate cu atenție pentru a obține cel mai rotund tub posibil. După lustruire, chiar și cea mai mică degajare a sudurii sau o linie plată a cordonului va fi vizibilă. În plus, după electrolustruire, urmele de laminare, modelele de laminare ale sudurilor și orice deteriorare mecanică a suprafeței vor fi evidente.
După tratamentul termic, diametrul interior al țevii trebuie lustruit mecanic pentru a elimina defectele de suprafață formate în timpul formării benzii și țevii. În această etapă, alegerea finisajului benzii devine critică. Dacă pliul este prea adânc, trebuie îndepărtat mai mult metal de pe suprafața diametrului interior al tubului pentru a obține un tub neted. Dacă rugozitatea este superficială sau absentă, trebuie îndepărtat mai puțin metal. Cel mai bun finisaj electrolustruit, de obicei în intervalul de 5 micro-inci sau mai neted, se obține prin lustruirea longitudinală a benzii a tuburilor. Acest tip de lustruire îndepărtează cea mai mare parte a metalului de pe suprafață, de obicei în intervalul de 0,001 inci, eliminând astfel limitele granulelor, imperfecțiunile suprafeței și defectele formate. Lustruirea prin vârtej îndepărtează mai puțin material, creează o suprafață „tulburată” și produce de obicei un Ra (rugozitate medie a suprafeței) mai mare în intervalul de 10-15 micro-inci.
Electropolizare Electropolizarea este doar o acoperire inversă. O soluție de electropolizare este pompată peste diametrul interior al tubului, în timp ce catodul este tras prin tub. Metalul este îndepărtat, de preferință, din cele mai înalte puncte de pe suprafață. Procesul „speră” să galvanizeze catodul cu metal care se dizolvă din interiorul tubului (adică din anod). Este important să se controleze electrochimia pentru a preveni acoperirea catodică și pentru a menține valența corectă pentru fiecare ion.
În timpul electrolustruirii, pe suprafața anodului sau a oțelului inoxidabil se formează oxigen, iar pe suprafața catodului se formează hidrogen. Oxigenul este un ingredient cheie în crearea proprietăților speciale ale suprafețelor electrolustruite, atât pentru a crește adâncimea stratului de pasivare, cât și pentru a crea un adevărat strat de pasivare.
Electrolustruirea are loc sub așa-numitul strat „Jacquet”, care este un sulfit de nichel polimerizat. Orice interferență cu formarea stratului Jacquet va duce la o suprafață electrolustruită defectuoasă. Acesta este de obicei un ion, cum ar fi clorura sau nitratul, care împiedică formarea sulfitului de nichel. Alte substanțe interferente sunt uleiurile siliconice, grăsimile, cerurile și alte hidrocarburi cu lanț lung.
După electrolustruire, tuburile au fost spălate cu apă și pasivate suplimentar în acid azotic fierbinte. Această pasivare suplimentară este necesară pentru a îndepărta orice sulfit de nichel rezidual și pentru a îmbunătăți raportul crom-fier de la suprafață. Tuburile pasivate ulterioare au fost spălate cu apă de proces, plasate în apă deionizată fierbinte, uscate și ambalate. Dacă este necesară ambalarea în cameră curată, tubul este clătit suplimentar în apă deionizată până când se atinge conductivitatea specificată, apoi uscat cu azot fierbinte înainte de ambalare.
Cele mai comune metode de analiză a suprafețelor electroșlefuite sunt spectroscopia electronică Auger (AES) și spectroscopia fotoelectronică cu raze X (XPS) (cunoscută și sub denumirea de spectroscopie electronică de analiză chimică). AES utilizează electroni generați în apropierea suprafeței pentru a genera un semnal specific pentru fiecare element, ceea ce oferă o distribuție a elementelor cu adâncime. XPS utilizează raze X moi care creează spectre de legare, permițând distingerea speciilor moleculare prin starea de oxidare.
O valoare a rugozității suprafeței cu un profil de suprafață similar cu aspectul suprafeței nu înseamnă același aspect al suprafeței. Majoritatea profilatoarelor moderne pot raporta multe valori diferite ale rugozității suprafeței, inclusiv Rq (cunoscut și sub numele de RMS), Ra, Rt (diferența maximă dintre jgheabul minim și vârful maxim), Rz (înălțimea maximă medie a profilului) și alte câteva valori. Aceste expresii au fost obținute ca urmare a diverselor calcule folosind o singură trecere în jurul suprafeței cu un stilou diamantat. În această bypass, o parte numită „cutoff” este selectată electronic, iar calculele se bazează pe această parte.
Suprafețele pot fi descrise mai bine folosind combinații de valori de proiectare diferite, cum ar fi Ra și Rt, dar nu există o singură funcție care să poată distinge între două suprafețe diferite cu aceeași valoare Ra. ASME publică standardul ASME B46.1, care definește semnificația fiecărei funcții de calcul.
Pentru mai multe informații, contactați: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Telefon: 262-642-8210.