Aquest article en dues parts resumeix els punts clau de l'article sobre l'electropoliment i presenta la presentació de Tverberg a InterPhex a finals d'aquest mes. Avui, a la primera part, parlarem de la importància de l'electropoliment de canonades d'acer inoxidable, les tècniques d'electropoliment i els mètodes analítics. A la segona part, presentem les darreres investigacions sobre canonades d'acer inoxidable passivades i polides mecànicament.
Part 1: Tubs d'acer inoxidable electropolit Les indústries farmacèutica i de semiconductors necessiten un gran nombre de tubs d'acer inoxidable electropolit. En ambdós casos, l'acer inoxidable 316L és l'aliatge preferit. De vegades s'utilitzen aliatges d'acer inoxidable amb un 6% de molibdè; els aliatges C-22 i C-276 són importants per als fabricants de semiconductors, especialment quan s'utilitza àcid clorhídric gasós com a agent de gravat.
Caracteritzar fàcilment defectes superficials que d'altra manera quedarien emmascarats en el laberint d'anomalies superficials que es troben en materials més comuns.
La inertitat química de la capa passivant es deu al fet que tant el crom com el ferro es troben en l'estat d'oxidació 3+ i no són metalls zerovalents. Les superfícies polides mecànicament van conservar un alt contingut de ferro lliure a la pel·lícula fins i tot després d'una passivació tèrmica prolongada amb àcid nítric. Aquest factor per si sol dóna a les superfícies electropolides un gran avantatge pel que fa a l'estabilitat a llarg termini.
Una altra diferència important entre les dues superfícies és la presència (en superfícies polides mecànicament) o l'absència (en superfícies electropolides) d'elements d'aliatge. Les superfícies polides mecànicament conserven la composició principal d'aliatge amb poca pèrdua d'altres elements d'aliatge, mentre que les superfícies electropolides contenen principalment només crom i ferro.
Fabricació de canonades electropolides Per obtenir una superfície electropolida llisa, cal començar amb una superfície llisa. Això significa que comencem amb acer de molt alta qualitat, fabricat per a una soldabilitat òptima. El control és necessari quan es fonen sofre, silici, manganès i elements desoxidants com l'alumini, el titani, el calci, el magnesi i la ferrita delta. La tira ha de ser tractada tèrmicament per dissoldre qualsevol fase secundària que es pugui formar durant la solidificació de la fosa o que es pugui formar durant el processament a alta temperatura.
A més, el tipus d'acabat de la tira és el més important. L'ASTM A-480 enumera tres acabats superficials de tira en fred disponibles comercialment: 2D (recuit a l'aire, decapat i laminat a ratlla), 2B (recuit a l'aire, decapat per laminació i polit per laminació) i 2BA (recuit brillant i polit amb blindatge). atmosfera). rotllos).
El perfilat, la soldadura i l'ajust del cordó s'han de controlar acuradament per obtenir el tub més rodó possible. Després del poliment, fins i tot el més mínim retall de la soldadura o una línia plana del cordó serà visible. A més, després de l'electropoliment, les traces de laminació, els patrons de laminació de les soldadures i qualsevol dany mecànic a la superfície seran evidents.
Després del tractament tèrmic, el diàmetre interior del tub s'ha de polir mecànicament per eliminar els defectes superficials formats durant la formació de la tira i el tub. En aquesta etapa, l'elecció de l'acabat de la tira esdevé crítica. Si el plec és massa profund, cal eliminar més metall de la superfície del diàmetre interior del tub per obtenir un tub llis. Si la rugositat és superficial o absent, cal eliminar menys metall. El millor acabat electropolit, normalment en el rang de 5 micropolzades o més llis, s'obté mitjançant el polit de banda longitudinal dels tubs. Aquest tipus de polit elimina la major part del metall de la superfície, normalment en el rang de 0,001 polzades, eliminant així els límits de gra, les imperfeccions superficials i els defectes formats. El polit per remolí elimina menys material, crea una superfície "ennuvolada" i normalment produeix una Ra (rugositat superficial mitjana) més alta en el rang de 10-15 micropolzades.
Electropoliment L'electropoliment és simplement un recobriment invers. Es bomba una solució d'electropoliment sobre el diàmetre interior del tub mentre el càtode s'extreu a través del tub. El metall s'elimina preferiblement dels punts més alts de la superfície. El procés "espera" galvanitzar el càtode amb metall que es dissol des de l'interior del tub (és a dir, l'ànode). És important controlar l'electroquímica per evitar el recobriment catòdic i mantenir la valència correcta per a cada ió.
Durant l'electropoliment, es forma oxigen a la superfície de l'ànode o de l'acer inoxidable, i es forma hidrogen a la superfície del càtode. L'oxigen és un ingredient clau per crear les propietats especials de les superfícies electropolides, tant per augmentar la profunditat de la capa de passivació com per crear una veritable capa de passivació.
L'electropoliment té lloc sota l'anomenada capa "Jacquet", que és un sulfit de níquel polimeritzat. Qualsevol cosa que interfereixi amb la formació de la capa Jacquet donarà lloc a una superfície electropolida defectuosa. Normalment es tracta d'un ió, com ara clorur o nitrat, que impedeix la formació de sulfit de níquel. Altres substàncies interferents són olis de silicona, greixos, ceres i altres hidrocarburs de cadena llarga.
Després de l'electropoliment, els tubs es van rentar amb aigua i, a més, es van passivar en àcid nítric calent. Aquesta passivació addicional és necessària per eliminar qualsevol sulfit de níquel residual i millorar la relació crom-ferro de la superfície. Els tubs passivats posteriors es van rentar amb aigua de procés, es van col·locar en aigua desionitzada calenta, es van assecar i es van envasar. Si es requereix un envasament en sala blanca, el tub s'esbandeix addicionalment amb aigua desionitzada fins que s'assoleix la conductivitat especificada i, a continuació, es va assecar amb nitrogen calent abans de l'envasament.
Els mètodes més comuns per analitzar superfícies electropolides són l'espectroscòpia d'electrons Auger (AES) i l'espectroscòpia de fotoelectrons de raigs X (XPS) (també coneguda com a espectroscòpia d'electrons d'anàlisi química). L'AES utilitza electrons generats prop de la superfície per generar un senyal específic per a cada element, que dóna una distribució d'elements amb profunditat. L'XPS utilitza raigs X tous que creen espectres d'unió, permetent distingir les espècies moleculars per l'estat d'oxidació.
Un valor de rugositat superficial amb un perfil superficial similar a l'aspecte de la superfície no significa el mateix aspecte de la superfície. La majoria dels perfiladors moderns poden informar de molts valors de rugositat superficial diferents, incloent-hi Rq (també conegut com a RMS), Ra, Rt (diferència màxima entre la vall mínima i el pic màxim), Rz (alçada màxima mitjana del perfil) i diversos altres valors. Aquestes expressions es van obtenir com a resultat de diversos càlculs utilitzant una sola passada al voltant de la superfície amb una ploma de diamant. En aquest bypass, es selecciona electrònicament una part anomenada "tall" i els càlculs es basen en aquesta part.
Les superfícies es poden descriure millor utilitzant combinacions de diferents valors de disseny com ara Ra i Rt, però no hi ha cap funció única que pugui distingir entre dues superfícies diferents amb el mateix valor de Ra. L'ASME publica la norma ASME B46.1, que defineix el significat de cada funció de càlcul.
Per a més informació, contacteu amb: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Telèfon: 262-642-8210.