Bài viết gồm hai phần này tóm tắt các điểm chính của bài viết về đánh bóng điện và xem trước bài thuyết trình của Tverberg tại InterPhex vào cuối tháng này. Hôm nay, trong Phần 1, chúng ta sẽ thảo luận về tầm quan trọng của việc đánh bóng điện ống thép không gỉ, các kỹ thuật đánh bóng điện và các phương pháp phân tích. Trong phần thứ hai, chúng tôi trình bày nghiên cứu mới nhất về ống thép không gỉ đánh bóng cơ học thụ động.
Phần 1: Ống thép không gỉ đánh bóng điện Các ngành công nghiệp dược phẩm và bán dẫn cần một số lượng lớn ống thép không gỉ đánh bóng điện. Trong cả hai trường hợp, thép không gỉ 316L là hợp kim được ưa chuộng. Đôi khi, hợp kim thép không gỉ có 6% molypden được sử dụng; hợp kim C-22 và C-276 rất quan trọng đối với các nhà sản xuất chất bán dẫn, đặc biệt là khi axit clohydric dạng khí được sử dụng làm chất khắc.
Dễ dàng mô tả các khuyết tật bề mặt vốn bị che khuất trong mê cung các dị thường bề mặt thường thấy ở nhiều vật liệu thông thường hơn.
Tính trơ về mặt hóa học của lớp thụ động hóa là do cả crom và sắt đều ở trạng thái oxy hóa 3+ và không phải là kim loại có hóa trị 0. Các bề mặt được đánh bóng cơ học vẫn giữ được hàm lượng sắt tự do cao trong lớp màng ngay cả sau quá trình thụ động hóa nhiệt kéo dài bằng axit nitric. Chỉ riêng yếu tố này đã mang lại cho các bề mặt được đánh bóng điện hóa một lợi thế lớn về mặt độ ổn định lâu dài.
Một sự khác biệt quan trọng khác giữa hai bề mặt là sự hiện diện (ở bề mặt được đánh bóng cơ học) hoặc không có (ở bề mặt được đánh bóng điện hóa) của các nguyên tố hợp kim. Các bề mặt được đánh bóng cơ học giữ lại thành phần hợp kim chính với ít mất mát các nguyên tố hợp kim khác, trong khi các bề mặt được đánh bóng điện hóa chủ yếu chỉ chứa crom và sắt.
Làm ống đánh bóng điện Để có được bề mặt đánh bóng điện mịn, bạn cần bắt đầu với bề mặt nhẵn. Điều này có nghĩa là chúng tôi bắt đầu với thép chất lượng rất cao, được sản xuất để có khả năng hàn tối ưu. Kiểm soát là cần thiết khi nấu chảy lưu huỳnh, silic, mangan và các nguyên tố khử oxy như nhôm, titan, canxi, magiê và ferit delta. Dải phải được xử lý nhiệt để hòa tan bất kỳ pha thứ cấp nào có thể hình thành trong quá trình đông đặc nóng chảy hoặc hình thành trong quá trình xử lý nhiệt độ cao.
Ngoài ra, loại hoàn thiện sọc là quan trọng nhất. ASTM A-480 liệt kê ba loại hoàn thiện bề mặt dải lạnh có sẵn trên thị trường: 2D (ủ khí, ngâm chua và cán cùn), 2B (ủ khí, ngâm chua và đánh bóng cán), và 2BA (ủ sáng và đánh bóng dạng khiên). cuộn).
Phải kiểm soát cẩn thận việc định hình, hàn và điều chỉnh hạt để có được ống tròn nhất có thể. Sau khi đánh bóng, ngay cả vết cắt nhỏ nhất của mối hàn hoặc đường phẳng của hạt cũng sẽ nhìn thấy được. Ngoài ra, sau khi đánh bóng điện, dấu vết của các mối hàn lăn, các mẫu mối hàn lăn và bất kỳ hư hỏng cơ học nào trên bề mặt sẽ rất rõ ràng.
Sau khi xử lý nhiệt, đường kính bên trong của ống phải được đánh bóng cơ học để loại bỏ các khuyết tật bề mặt hình thành trong quá trình hình thành dải và ống. Ở giai đoạn này, việc lựa chọn lớp hoàn thiện sọc trở nên quan trọng. Nếu nếp gấp quá sâu, phải loại bỏ nhiều kim loại hơn khỏi bề mặt có đường kính bên trong của ống để có được ống nhẵn. Nếu độ nhám nông hoặc không có, cần loại bỏ ít kim loại hơn. Lớp hoàn thiện đánh bóng điện tốt nhất, thường trong phạm vi 5 micro inch hoặc nhẵn hơn, thu được bằng cách đánh bóng dải dọc của ống. Loại đánh bóng này loại bỏ hầu hết kim loại khỏi bề mặt, thường trong phạm vi 0,001 inch, do đó loại bỏ ranh giới hạt, các khuyết tật bề mặt và các khuyết tật đã hình thành. Đánh bóng xoáy loại bỏ ít vật liệu hơn, tạo ra bề mặt "mờ" và thường tạo ra Ra cao hơn (độ nhám bề mặt trung bình) trong phạm vi 10–15 micro inch.
Đánh bóng điện Đánh bóng điện chỉ là một lớp phủ ngược. Một dung dịch đánh bóng điện được bơm qua đường kính bên trong của ống trong khi catốt được kéo qua ống. Kim loại được loại bỏ tốt nhất từ ​​các điểm cao nhất trên bề mặt. Quá trình này “hy vọng” mạ điện catốt bằng kim loại hòa tan từ bên trong ống (tức là anot). Điều quan trọng là phải kiểm soát điện hóa học để ngăn ngừa lớp phủ catốt và duy trì hóa trị chính xác cho từng ion.
Trong quá trình đánh bóng điện phân, oxy được hình thành trên bề mặt anode hoặc thép không gỉ, và hydro được hình thành trên bề mặt catode. Oxy là thành phần chính tạo nên các tính chất đặc biệt của bề mặt được đánh bóng điện phân, vừa để tăng độ sâu của lớp thụ động hóa vừa để tạo ra lớp thụ động hóa thực sự.
Đánh bóng điện hóa diễn ra dưới lớp được gọi là “Jacquet”, là niken sunfit được trùng hợp. Bất kỳ thứ gì cản trở sự hình thành của lớp Jacquet sẽ dẫn đến bề mặt được đánh bóng điện hóa bị lỗi. Đây thường là một ion, chẳng hạn như clorua hoặc nitrat, ngăn cản sự hình thành niken sunfit. Các chất gây nhiễu khác là dầu silicon, mỡ, sáp và các hydrocarbon chuỗi dài khác.
Sau khi đánh bóng điện, các ống được rửa bằng nước và thụ động hóa thêm trong axit nitric nóng. Quá trình thụ động hóa bổ sung này là cần thiết để loại bỏ bất kỳ niken sunfit còn sót lại nào và cải thiện tỷ lệ crom trên bề mặt sắt. Các ống thụ động hóa tiếp theo được rửa bằng nước xử lý, đặt trong nước khử ion nóng, sấy khô và đóng gói. Nếu cần đóng gói phòng sạch, ống được rửa thêm bằng nước khử ion cho đến khi đạt được độ dẫn điện quy định, sau đó sấy khô bằng nitơ nóng trước khi đóng gói.
Các phương pháp phổ biến nhất để phân tích bề mặt được đánh bóng bằng điện là quang phổ điện tử Auger (AES) và quang phổ điện tử quang điện tử tia X (XPS) (còn được gọi là quang phổ điện tử phân tích hóa học). AES sử dụng các electron được tạo ra gần bề mặt để tạo ra tín hiệu cụ thể cho từng nguyên tố, cung cấp sự phân bố các nguyên tố theo chiều sâu. XPS sử dụng tia X mềm tạo ra quang phổ liên kết, cho phép phân biệt các loài phân tử theo trạng thái oxy hóa.
Giá trị độ nhám bề mặt có cấu hình bề mặt tương tự như hình dạng bề mặt không có nghĩa là bề mặt có cùng hình dạng. Hầu hết các máy đo độ nhám hiện đại có thể báo cáo nhiều giá trị độ nhám bề mặt khác nhau, bao gồm Rq (còn gọi là RMS), Ra, Rt (chênh lệch tối đa giữa giá trị thấp nhất và giá trị cao nhất), Rz (chiều cao trung bình tối đa của cấu hình) và một số giá trị khác. Các biểu thức này thu được là kết quả của nhiều phép tính khác nhau sử dụng một lần quét xung quanh bề mặt bằng bút kim cương. Trong quá trình bỏ qua này, một bộ phận được gọi là "cutoff" được chọn điện tử và các phép tính dựa trên bộ phận này.
Bề mặt có thể được mô tả tốt hơn bằng cách sử dụng sự kết hợp của các giá trị thiết kế khác nhau như Ra và Rt, nhưng không có một hàm duy nhất nào có thể phân biệt được hai bề mặt khác nhau có cùng giá trị Ra. ASME công bố tiêu chuẩn ASME B46.1, trong đó định nghĩa ý nghĩa của từng hàm tính toán.
Để biết thêm thông tin, vui lòng liên hệ: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Điện thoại: 262-642-8210.