Tento dvoudílný článek shrnuje klíčové body článku o elektrolytickém leštění a je ukázkou Tverbergovy prezentace na veletrhu InterPhex koncem tohoto měsíce. Dnes se v 1. části budeme zabývat významem elektrolytického leštění nerezových trubek, technikami elektrolytického leštění a analytickými metodami. Ve druhé části představíme nejnovější výzkum pasivovaných mechanicky leštěných nerezových trubek.
Část 1: Elektrolyticky leštěné trubky z nerezové oceli Farmaceutický a polovodičový průmysl potřebuje velké množství elektrolyticky leštěných trubek z nerezové oceli. V obou případech je preferovanou slitinou nerezová ocel 316L. Někdy se používají slitiny nerezové oceli s 6 % molybdenu; slitiny C-22 a C-276 jsou důležité pro výrobce polovodičů, zejména pokud se jako leptadlo používá plynná kyselina chlorovodíková.
Snadno charakterizujte povrchové vady, které by jinak byly maskovány v bludišti povrchových anomálií, které se vyskytují u běžnějších materiálů.
Chemická inertnost pasivační vrstvy je dána skutečností, že chrom i železo jsou v oxidačním stavu 3+ a nejsou to kovy s nulovou valencí. Mechanicky leštěné povrchy si udržely vysoký obsah volného železa ve filmu i po delší tepelné pasivaci kyselinou dusičnou. Už jen tento faktor dává elektrolyticky leštěným povrchům velkou výhodu z hlediska dlouhodobé stability.
Dalším důležitým rozdílem mezi těmito dvěma povrchy je přítomnost (u mechanicky leštěných povrchů) nebo absence (u elektrolyticky leštěných povrchů) legujících prvků. Mechanicky leštěné povrchy si zachovávají hlavní složení legujících prvků s malou ztrátou ostatních legujících prvků, zatímco elektrolyticky leštěné povrchy obsahují převážně pouze chrom a železo.
Výroba elektrolyticky leštěných trubek Abyste dosáhli hladkého elektrolyticky leštěného povrchu, musíte začít s hladkým povrchem. To znamená, že začínáme s velmi kvalitní ocelí, vyrobenou pro optimální svařitelnost. Při tavení síry, křemíku, manganu a deoxidačních prvků, jako je hliník, titan, vápník, hořčík a delta ferit, je nutná kontrola. Pás musí být tepelně zpracován, aby se rozpustily všechny sekundární fáze, které mohou vzniknout během tuhnutí taveniny nebo během zpracování za vysoké teploty.
Kromě toho je nejdůležitější typ povrchové úpravy pásu. Norma ASTM A-480 uvádí tři komerčně dostupné povrchové úpravy pásu za studena: 2D (žíhané na vzduchu, mořené a válcované za tupého válcování), 2B (žíhané na vzduchu, mořené válcováním a leštěné válcováním) a 2BA (žíhané do lesklého světla a leštěné v ochranné atmosféře).
Profilování, svařování a seřízení housenky musí být pečlivě kontrolovány, aby se dosáhlo co nejkulatějšího tvaru trubky. Po leštění bude viditelné i sebemenší podříznutí svaru nebo rovná linie housenky. Kromě toho budou po elektrolytickém leštění zřejmé stopy válcování, válcované vzory svarů a jakékoli mechanické poškození povrchu.
Po tepelném zpracování musí být vnitřní průměr trubky mechanicky vyleštěn, aby se odstranily povrchové vady vzniklé během tvarování pásu a trubky. V této fázi je volba povrchové úpravy pásu kritická. Pokud je přehyb příliš hluboký, musí se z povrchu vnitřního průměru trubky odstranit více kovu, aby se dosáhlo hladké trubky. Pokud je drsnost mělká nebo chybí, je třeba odstranit méně kovu. Nejlepší elektrolyticky leštěná povrchová úprava, obvykle v rozsahu 5 mikropalců nebo hladší, se dosáhne podélným pásovým leštěním trubek. Tento typ leštění odstraňuje většinu kovu z povrchu, obvykle v rozsahu 0,001 palce, čímž se odstraňují hranice zrn, povrchové nedokonalosti a vzniklé vady. Vířivé leštění odstraňuje méně materiálu, vytváří „zakalený“ povrch a obvykle produkuje vyšší Ra (průměrná drsnost povrchu) v rozsahu 10–15 mikropalců.
Elektrolytické leštění Elektrolytické leštění je pouze reverzní povlakování. Elektrolytický lešticí roztok se čerpá po vnitřním průměru trubice, zatímco katoda je protahována trubicí. Kov se nejlépe odstraňuje z nejvyšších bodů na povrchu. Proces „doufá“ v galvanizaci katody kovem, který se rozpouští zevnitř trubice (tj. anody). Je důležité kontrolovat elektrochemii, aby se zabránilo katodickému povlakování a aby se udržela správná valence pro každý iont.
Během elektrolytického leštění se na povrchu anody nebo nerezové oceli tvoří kyslík a na povrchu katody vodík. Kyslík je klíčovou složkou pro vytváření speciálních vlastností elektrolyticky leštěných povrchů, a to jak pro zvětšení hloubky pasivační vrstvy, tak pro vytvoření skutečné pasivační vrstvy.
Elektrolytické leštění probíhá pod tzv. „Jacquetovou“ vrstvou, což je polymerovaný siřičitan nikelnatý. Cokoli, co narušuje tvorbu Jacquetovy vrstvy, vede k vadnému elektrolyticky leštěnému povrchu. Obvykle se jedná o ion, jako je chlorid nebo dusičnan, který zabraňuje tvorbě siřičitanu nikelnatého. Dalšími rušivými látkami jsou silikonové oleje, tuky, vosky a další uhlovodíky s dlouhým řetězcem.
Po elektrolytickém leštění byly trubice promyty vodou a dodatečně pasivovány v horké kyselině dusičné. Tato dodatečná pasivace je nezbytná k odstranění zbytkového siřičitanu nikelnatého a ke zlepšení poměru chromu k železu na povrchu. Následně pasivované trubice byly promyty procesní vodou, umístěny do horké deionizované vody, vysušeny a zabaleny. Pokud je vyžadováno balení do čistých prostor, trubice se dodatečně propláchne deionizovanou vodou, dokud není dosaženo požadované vodivosti, a poté se před zabalením vysuší horkým dusíkem.
Nejběžnějšími metodami pro analýzu elektrolyticky leštěných povrchů jsou Augerova elektronová spektroskopie (AES) a rentgenová fotoelektronová spektroskopie (XPS) (známá také jako elektronová spektroskopie pro chemickou analýzu). AES využívá elektrony generované v blízkosti povrchu ke generování specifického signálu pro každý prvek, což poskytuje rozložení prvků s hloubkou. XPS využívá měkké rentgenové záření, které vytváří vazebná spektra, což umožňuje rozlišovat molekulární druhy podle oxidačního stavu.
Hodnota drsnosti povrchu s profilem povrchu podobným vzhledu povrchu neznamená stejný vzhled povrchu. Většina moderních profilometrů dokáže uvést mnoho různých hodnot drsnosti povrchu, včetně Rq (také známé jako RMS), Ra, Rt (maximální rozdíl mezi minimálním prohlubní a maximálním vrcholem), Rz (průměrná maximální výška profilu) a několika dalších hodnot. Tyto výrazy byly získány v důsledku různých výpočtů s použitím jediného průchodu diamantovým perem po povrchu. Při tomto obcházení je elektronicky vybrána část zvaná „okraj“ a výpočty jsou založeny na této části.
Povrchy lze lépe popsat pomocí kombinací různých návrhových hodnot, jako jsou Ra a Rt, ale neexistuje jediná funkce, která by dokázala rozlišit mezi dvěma různými povrchy se stejnou hodnotou Ra. ASME publikuje normu ASME B46.1, která definuje význam každé výpočtové funkce.
Pro více informací kontaktujte: Johna Tverberga, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Telefon: 262-642-8210.