บทความสองส่วนนี้สรุปประเด็นสำคัญของบทความเกี่ยวกับการขัดเงาด้วยไฟฟ้าและนำเสนอการนำเสนอของ Tverberg ในงาน InterPhex ในช่วงปลายเดือนนี้ ในวันนี้ ในส่วนที่ 1 เราจะหารือเกี่ยวกับความสำคัญของการขัดเงาด้วยไฟฟ้าท่อเหล็กกล้าไร้สนิม เทคนิคการขัดเงาด้วยไฟฟ้า และวิธีการวิเคราะห์ ในส่วนที่สอง เราจะนำเสนอผลงานวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับท่อเหล็กกล้าไร้สนิมที่ผ่านการขัดเงาด้วยกลไกแบบพาสซีฟ
ส่วนที่ 1: ท่อเหล็กกล้าไร้สนิมขัดเงาด้วยไฟฟ้า อุตสาหกรรมยาและเซมิคอนดักเตอร์ต้องการท่อเหล็กกล้าไร้สนิมขัดเงาด้วยไฟฟ้าจำนวนมาก ในทั้งสองกรณี เหล็กกล้าไร้สนิม 316L เป็นโลหะผสมที่นิยมใช้ โลหะผสมเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีโมลิบดีนัม 6% บางครั้งก็ใช้ โลหะผสม C-22 และ C-276 มีความสำคัญต่อผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้กรดไฮโดรคลอริกในรูปก๊าซเป็นสารกัดกร่อน
สามารถระบุลักษณะข้อบกพร่องของพื้นผิวได้อย่างง่ายดาย ซึ่งปกติแล้วจะถูกปกปิดไว้ด้วยความผิดปกติของพื้นผิวที่พบในวัสดุทั่วไป
ความเฉื่อยทางเคมีของชั้นการทำให้เฉื่อยเกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่าทั้งโครเมียมและเหล็กอยู่ในสถานะออกซิเดชัน 3+ และไม่ใช่โลหะที่มีค่าวาเลนซ์เป็นศูนย์ พื้นผิวที่ขัดด้วยเครื่องจักรจะคงปริมาณเหล็กอิสระไว้ในฟิล์มสูงแม้จะผ่านการทำให้เฉื่อยด้วยความร้อนเป็นเวลานานด้วยกรดไนตริก ปัจจัยนี้เพียงอย่างเดียวทำให้พื้นผิวที่ขัดด้วยไฟฟ้ามีข้อได้เปรียบอย่างมากในแง่ของความเสถียรในระยะยาว
ความแตกต่างที่สำคัญอีกประการระหว่างพื้นผิวทั้งสองคือการมีองค์ประกอบโลหะผสม (ในพื้นผิวที่ขัดด้วยเครื่องจักร) หรือไม่มี (ในพื้นผิวที่ขัดด้วยไฟฟ้า) พื้นผิวที่ขัดด้วยเครื่องจักรจะยังคงองค์ประกอบโลหะผสมหลักไว้โดยสูญเสียองค์ประกอบโลหะผสมอื่นๆ เพียงเล็กน้อย ในขณะที่พื้นผิวที่ขัดด้วยไฟฟ้าจะมีเพียงโครเมียมและเหล็กเป็นส่วนใหญ่
การทำท่อที่ผ่านการขัดเงาด้วยไฟฟ้า หากต้องการพื้นผิวที่เรียบเนียนด้วยการขัดเงาด้วยไฟฟ้า คุณต้องเริ่มจากพื้นผิวที่เรียบ ซึ่งหมายความว่าเราเริ่มต้นด้วยเหล็กคุณภาพสูงมาก ซึ่งผลิตขึ้นเพื่อให้เชื่อมได้ดีที่สุด การควบคุมมีความจำเป็นเมื่อหลอมซัลเฟอร์ ซิลิกอน แมงกานีส และธาตุดีออกซิไดซ์ เช่น อะลูมิเนียม ไททาเนียม แคลเซียม แมกนีเซียม และเฟอร์ไรต์เดลต้า แถบจะต้องได้รับการอบด้วยความร้อนเพื่อละลายเฟสรองใดๆ ที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการแข็งตัวของหลอมเหลวหรือเกิดขึ้นระหว่างการประมวลผลที่อุณหภูมิสูง
นอกจากนี้ ประเภทของการตกแต่งแบบแถบถือเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุด ASTM A-480 ระบุการตกแต่งพื้นผิวแถบเย็นที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ 3 แบบ ได้แก่ 2D (อบด้วยอากาศ ดอง และรีดทื่อ) 2B (อบด้วยอากาศ ดองด้วยม้วน และขัดด้วยม้วน) และ 2BA (อบด้วยแสงและขัดเงาแบบม้วน)
การกำหนดโปรไฟล์ การเชื่อม และการปรับลูกปัดต้องได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้ท่อกลมที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ หลังจากขัดแล้ว แม้แต่รอยตัดเล็กน้อยของรอยเชื่อมหรือเส้นลูกปัดแบนๆ ก็ยังมองเห็นได้ นอกจากนี้ หลังจากการขัดด้วยไฟฟ้า ร่องรอยของการกลิ้ง รูปแบบการกลิ้งของรอยเชื่อม และความเสียหายทางกลใดๆ ต่อพื้นผิวก็จะมองเห็นได้ชัดเจน
หลังจากผ่านการอบชุบด้วยความร้อนแล้ว เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อจะต้องได้รับการขัดด้วยเครื่องจักรเพื่อขจัดข้อบกพร่องบนพื้นผิวที่เกิดขึ้นระหว่างการสร้างแถบและท่อ ในขั้นตอนนี้ การเลือกพื้นผิวแบบแถบจึงมีความสำคัญ หากรอยพับลึกเกินไป จะต้องขจัดโลหะออกจากพื้นผิวของเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อมากขึ้นเพื่อให้ได้ท่อที่เรียบเนียน หากความหยาบไม่มากหรือไม่มีเลย จะต้องขจัดโลหะออกให้น้อยลง การขัดด้วยไฟฟ้าที่ดีที่สุด โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 5 ไมโครนิ้วหรือเรียบเนียนกว่านั้น ได้มาจากการขัดแบบแถบตามยาวของท่อ การขัดประเภทนี้จะขจัดโลหะส่วนใหญ่ออกจากพื้นผิว โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 0.001 นิ้ว จึงขจัดขอบเกรน ข้อบกพร่องบนพื้นผิว และข้อบกพร่องที่เกิดขึ้น การขัดแบบหมุนจะขจัดวัสดุออกน้อยลง สร้างพื้นผิวที่ "ขุ่นมัว" และโดยทั่วไปจะทำให้เกิด Ra (ความหยาบของพื้นผิวโดยเฉลี่ย) ที่สูงขึ้นในช่วง 10–15 ไมโครนิ้ว
การขัดเงาด้วยไฟฟ้า การขัดเงาด้วยไฟฟ้าเป็นเพียงการเคลือบแบบย้อนกลับ โดยจะปั๊มสารละลายขัดเงาด้วยไฟฟ้าผ่านเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในของท่อในขณะที่แคโทดถูกดึงผ่านท่อ โลหะจะถูกดึงออกจากจุดสูงสุดบนพื้นผิว กระบวนการนี้ “หวัง” ที่จะชุบสังกะสีแคโทดด้วยโลหะที่ละลายจากภายในท่อ (เช่น ขั้วบวก) การควบคุมเคมีไฟฟ้าจึงมีความสำคัญเพื่อป้องกันการเคลือบแบบแคโทดและรักษาค่าเวเลนซ์ที่ถูกต้องสำหรับไอออนแต่ละตัว
ในระหว่างการขัดด้วยไฟฟ้า ออกซิเจนจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของขั้วบวกหรือสแตนเลส และไฮโดรเจนจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของขั้วลบ ออกซิเจนเป็นส่วนผสมสำคัญในการสร้างคุณสมบัติพิเศษของพื้นผิวที่ขัดด้วยไฟฟ้า ทั้งเพื่อเพิ่มความลึกของชั้นพาสซีฟและเพื่อสร้างชั้นพาสซีฟที่แท้จริง
การขัดด้วยไฟฟ้าจะเกิดขึ้นภายใต้ชั้นที่เรียกว่า “Jacquet” ซึ่งเป็นนิกเกิลซัลไฟต์ที่ถูกทำให้เป็นโพลิเมอร์ สิ่งใดก็ตามที่ขัดขวางการก่อตัวของชั้น Jacquet จะส่งผลให้พื้นผิวที่ผ่านการขัดด้วยไฟฟ้ามีข้อบกพร่อง ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นไอออน เช่น คลอไรด์หรือไนเตรต ซึ่งจะป้องกันการก่อตัวของนิกเกิลซัลไฟต์ สารที่รบกวนอื่นๆ ได้แก่ น้ำมันซิลิโคน จารบี ขี้ผึ้ง และไฮโดรคาร์บอนสายยาวอื่นๆ
หลังจากการขัดเงาด้วยไฟฟ้าแล้ว ท่อจะถูกล้างด้วยน้ำและทำให้เป็นพาสซีฟเพิ่มเติมในกรดไนตริกร้อน การทำให้เป็นพาสซีฟเพิ่มเติมนี้จำเป็นสำหรับการกำจัดนิกเกิลซัลไฟต์ที่เหลือและปรับปรุงอัตราส่วนโครเมียมต่อเหล็กบนพื้นผิว ท่อที่ผ่านการทำให้เป็นพาสซีฟในภายหลังจะถูกล้างด้วยน้ำที่ใช้ในการแปรรูป วางลงในน้ำร้อนที่ผ่านการดีไอออนไนซ์ เช็ดให้แห้งและบรรจุหีบห่อ หากจำเป็นต้องบรรจุหีบห่อในห้องปลอดเชื้อ ท่อจะถูกล้างเพิ่มเติมในน้ำที่ผ่านการดีไอออนไนซ์จนกว่าจะถึงค่าการนำไฟฟ้าที่กำหนด จากนั้นจึงทำให้แห้งด้วยไนโตรเจนร้อนก่อนบรรจุหีบห่อ
วิธีการที่ใช้กันทั่วไปในการวิเคราะห์พื้นผิวที่ผ่านการขัดเงาด้วยไฟฟ้า ได้แก่ การสเปกโตรสโคปีอิเล็กตรอนแบบออเกอร์ (AES) และการสเปกโตรสโคปีอิเล็กตรอนแบบโฟโตอิเล็กตรอนแบบเอ็กซ์เรย์ (XPS) (เรียกอีกอย่างว่าการสเปกโตรสโคปีอิเล็กตรอนสำหรับการวิเคราะห์ทางเคมี) AES ใช้อิเล็กตรอนที่สร้างขึ้นใกล้พื้นผิวเพื่อสร้างสัญญาณเฉพาะสำหรับแต่ละองค์ประกอบ ซึ่งจะให้การกระจายขององค์ประกอบในเชิงลึก XPS ใช้รังสีเอกซ์อ่อนๆ ที่สร้างสเปกตรัมยึดเกาะ ช่วยให้สามารถแยกแยะชนิดของโมเลกุลตามสถานะออกซิเดชันได้
ค่าความหยาบของพื้นผิวที่มีรูปร่างพื้นผิวคล้ายกับลักษณะพื้นผิวไม่ได้หมายความว่าจะมีลักษณะพื้นผิวเหมือนกัน โปรไฟเลอร์สมัยใหม่ส่วนใหญ่สามารถรายงานค่าความหยาบของพื้นผิวที่แตกต่างกันได้หลายค่า รวมถึง Rq (เรียกอีกอย่างว่า RMS), Ra, Rt (ความแตกต่างสูงสุดระหว่างร่องต่ำสุดและจุดสูงสุดสูงสุด), Rz (ความสูงโปรไฟล์สูงสุดโดยเฉลี่ย) และค่าอื่นๆ อีกหลายค่า การแสดงออกเหล่านี้ได้มาจากการคำนวณต่างๆ โดยใช้ปากกาเพชรวาดเส้นรอบพื้นผิวเพียงครั้งเดียว ในบายพาสนี้ จะมีการเลือกส่วนที่เรียกว่า "จุดตัด" ด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ และการคำนวณจะอิงตามส่วนนี้
พื้นผิวสามารถอธิบายได้ดีขึ้นโดยใช้ค่าการออกแบบที่แตกต่างกันเช่น Ra และ Rt แต่ไม่มีฟังก์ชันเดียวที่สามารถแยกความแตกต่างระหว่างพื้นผิวสองแบบที่มีค่า Ra เดียวกันได้ ASME เผยแพร่มาตรฐาน ASME B46.1 ซึ่งกำหนดความหมายของฟังก์ชันการคำนวณแต่ละอย่าง
หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติม โปรดติดต่อ: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120 โทรศัพท์: 262-642-8210