Denna artikel i två delar sammanfattar huvudpunkterna i artikeln om elektropolering och ger en förhandsvisning av Tverbergs presentation på InterPhex senare denna månad. Idag, i del 1, kommer vi att diskutera vikten av elektropolering av rostfria stålrör, elektropoleringstekniker och analysmetoder. I den andra delen presenterar vi den senaste forskningen om passiverade mekaniskt polerade rostfria stålrör.
Del 1: Elektropolerade rör av rostfritt stål Läkemedels- och halvledarindustrin behöver ett stort antal elektropolerade rör av rostfritt stål. I båda fallen är 316L rostfritt stål den föredragna legeringen. Rostfria stållegeringar med 6 % molybden används ibland; legeringarna C-22 och C-276 är viktiga för halvledartillverkare, särskilt när gasformig saltsyra används som etsmedel.
Enkelt karaktärisera ytdefekter som annars skulle maskeras i labyrinten av ytanomalier som finns i vanligare material.
Passiveringsskiktets kemiska inertitet beror på att både krom och järn är i oxidationstillståndet 3+ och inte är nollvärda metaller. Mekaniskt polerade ytor behöll en hög halt av fritt järn i filmen även efter långvarig termisk passivering med salpetersyra. Denna faktor ensam ger elektropolerade ytor en stor fördel när det gäller långsiktig stabilitet.
En annan viktig skillnad mellan de två ytorna är närvaron (i mekaniskt polerade ytor) eller frånvaron (i elektropolerade ytor) av legeringselement. Mekaniskt polerade ytor behåller den huvudsakliga legeringskompositionen med liten förlust av andra legeringselement, medan elektropolerade ytor mestadels endast innehåller krom och järn.
Tillverkning av elektropolerade rör För att få en slät elektropolerad yta måste man börja med en slät yta. Det betyder att vi börjar med stål av mycket hög kvalitet, tillverkat för optimal svetsbarhet. Kontroll är nödvändig vid smältning av svavel, kisel, mangan och deoxiderande element som aluminium, titan, kalcium, magnesium och deltaferrit. Remsan måste värmebehandlas för att lösa upp eventuella sekundära faser som kan bildas under smältstelningen eller bildas under högtemperaturbearbetning.
Dessutom är typen av randfinish den viktigaste. ASTM A-480 listar tre kommersiellt tillgängliga kallbandningsytbehandlingar: 2D (luftglödgade, betade och trubbvalsade), 2B (luftglödgade, valsbetade och valspolerade) och 2BA (blankglödgade och sköldpolerade).
Profilering, svetsning och justering av strängen måste kontrolleras noggrant för att få ett så rundat rör som möjligt. Efter polering kommer även den minsta underskärning av svetsen eller en plan linje av strängen att vara synlig. Dessutom kommer spår av valsning, rullmönster av svetsar och eventuella mekaniska skador på ytan att vara uppenbara efter elektropolering.
Efter värmebehandling måste rörets innerdiameter poleras mekaniskt för att eliminera ytdefekter som bildats under formningen av remsan och röret. I detta skede blir valet av randfinish avgörande. Om vecket är för djupt måste mer metall avlägsnas från rörets innerdiameteryta för att få ett slätt rör. Om ojämnheten är grund eller frånvarande behöver mindre metall avlägsnas. Den bästa elektropolerade finishen, vanligtvis i området 5 mikrotum eller slätare, erhålls genom längsgående bandpolering av rören. Denna typ av polering avlägsnar det mesta av metallen från ytan, vanligtvis i området 0,001 tum, varigenom korngränser, ytdefekter och bildade defekter avlägsnas. Virvelpolering avlägsnar mindre material, skapar en "grumlig" yta och producerar vanligtvis en högre Ra (genomsnittlig ytjämnhet) i området 10–15 mikrotum.
Elektropolering Elektropolering är helt enkelt en omvänd beläggning. En elektropoleringslösning pumpas över rörets innerdiameter medan katoden dras genom röret. Metallen avlägsnas företrädesvis från de högsta punkterna på ytan. Processen "hoppas" galvanisera katoden med metall som löses upp inifrån röret (dvs. anoden). Det är viktigt att kontrollera elektrokemin för att förhindra katodbeläggning och för att bibehålla rätt valens för varje jon.
Under elektropolering bildas syre på anodens eller rostfria stålets yta och väte på katodens yta. Syre är en viktig ingrediens för att skapa de speciella egenskaperna hos elektropolerade ytor, både för att öka djupet av passiveringsskiktet och för att skapa ett verkligt passiveringsskikt.
Elektropolering sker under det så kallade "Jacquet"-lagret, vilket är en polymeriserad nickelsulfit. Allt som stör bildandet av Jacquet-lagret kommer att resultera i en defekt elektropolerad yta. Detta är vanligtvis en jon, såsom klorid eller nitrat, som förhindrar bildandet av nickelsulfit. Andra störande ämnen är silikonoljor, fetter, vaxer och andra långkedjiga kolväten.
Efter elektropolering tvättades rören med vatten och passiverades dessutom i varm salpetersyra. Denna ytterligare passivering är nödvändig för att avlägsna eventuell kvarvarande nickelsulfit och för att förbättra förhållandet mellan krom och järn på ytan. Efterföljande passiverade rör tvättades med processvatten, placerades i varmt avjoniserat vatten, torkades och förpackades. Om renrumsförpackning krävs sköljs slangarna dessutom i avjoniserat vatten tills den angivna konduktiviteten uppnåtts, och torkades sedan med varmt kväve före förpackning.
De vanligaste metoderna för att analysera elektropolerade ytor är Auger-elektronspektroskopi (AES) och röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) (även känd som kemisk analyselektronspektroskopi). AES använder elektroner som genereras nära ytan för att generera en specifik signal för varje element, vilket ger en fördelning av element med djup. XPS använder mjuka röntgenstrålar som skapar bindningsspektra, vilket gör att molekylära arter kan särskiljas genom oxidationstillstånd.
Ett ytjämnhetsvärde med en ytprofil som liknar ytans utseende betyder inte samma ytutseende. De flesta moderna profilerare kan rapportera många olika ytjämnhetsvärden, inklusive Rq (även känt som RMS), Ra, Rt (maximal skillnad mellan minsta dal och maximal topp), Rz (genomsnittlig maximal profilhöjd) och flera andra värden. Dessa uttryck erhölls som ett resultat av olika beräkningar med en enda passage runt ytan med en diamantpenna. I denna förbikoppling väljs en del som kallas "cutoff" elektroniskt och beräkningarna baseras på denna del.
Ytor kan beskrivas bättre med hjälp av kombinationer av olika dimensionerande värden som Ra och Rt, men det finns ingen enskild funktion som kan skilja mellan två olika ytor med samma Ra-värde. ASME publicerar standarden ASME B46.1, som definierar betydelsen av varje beräkningsfunktion.
För mer information kontakta: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Telefon: 262-642-8210.