Αυτό το άρθρο, που αποτελείται από δύο μέρη, συνοψίζει τα βασικά σημεία του άρθρου σχετικά με την ηλεκτρολυτική στίλβωση και κάνει μια προεπισκόπηση της παρουσίασης του Tverberg στο InterPhex αργότερα αυτόν τον μήνα. Σήμερα, στο Μέρος 1, θα συζητήσουμε τη σημασία της ηλεκτρολυτικής στίλβωσης σωλήνων από ανοξείδωτο χάλυβα, τις τεχνικές ηλεκτρολυτικής στίλβωσης και τις αναλυτικές μεθόδους. Στο δεύτερο μέρος, παρουσιάζουμε την τελευταία έρευνα σχετικά με τους παθητικοποιημένους μηχανικά στιλβωμένους σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα.
Μέρος 1: Ηλεκτρογυαλισμένοι σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα Οι φαρμακευτικές βιομηχανίες και οι βιομηχανίες ημιαγωγών χρειάζονται μεγάλο αριθμό ηλεκτρογυαλισμένων σωλήνων από ανοξείδωτο χάλυβα. Και στις δύο περιπτώσεις, ο ανοξείδωτος χάλυβας 316L είναι το προτιμώμενο κράμα. Μερικές φορές χρησιμοποιούνται κράματα ανοξείδωτου χάλυβα με 6% μολυβδαίνιο. Τα κράματα C-22 και C-276 είναι σημαντικά για τους κατασκευαστές ημιαγωγών, ειδικά όταν χρησιμοποιείται αέριο υδροχλωρικό οξύ ως χαρακτικό.
Χαρακτηρίστε εύκολα επιφανειακά ελαττώματα που διαφορετικά θα κρύβονταν στον λαβύρινθο των επιφανειακών ανωμαλιών που συναντώνται σε πιο συνηθισμένα υλικά.
Η χημική αδράνεια του στρώματος παθητικοποίησης οφείλεται στο γεγονός ότι τόσο το χρώμιο όσο και ο σίδηρος βρίσκονται στην κατάσταση οξείδωσης 3+ και δεν είναι μέταλλα μηδενικού σθένους. Οι μηχανικά γυαλισμένες επιφάνειες διατήρησαν υψηλή περιεκτικότητα σε ελεύθερο σίδηρο στην μεμβράνη ακόμη και μετά από παρατεταμένη θερμική παθητικοποίηση με νιτρικό οξύ. Αυτός ο παράγοντας από μόνος του δίνει στις ηλεκτρογυαλισμένες επιφάνειες ένα μεγάλο πλεονέκτημα όσον αφορά τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα.
Μια άλλη σημαντική διαφορά μεταξύ των δύο επιφανειών είναι η παρουσία (σε μηχανικά γυαλισμένες επιφάνειες) ή η απουσία (σε ηλεκτρολυτικά γυαλισμένες επιφάνειες) στοιχείων κράματος. Οι μηχανικά γυαλισμένες επιφάνειες διατηρούν την κύρια σύνθεση κράματος με μικρή απώλεια άλλων στοιχείων κράματος, ενώ οι ηλεκτρολυτικά γυαλισμένες επιφάνειες περιέχουν κυρίως μόνο χρώμιο και σίδηρο.
Κατασκευή ηλεκτρολυτικά γυαλισμένων σωλήνων Για να επιτύχετε μια λεία ηλεκτρολυτικά γυαλισμένη επιφάνεια, πρέπει να ξεκινήσετε με μια λεία επιφάνεια. Αυτό σημαίνει ότι ξεκινάμε με χάλυβα πολύ υψηλής ποιότητας, κατασκευασμένο για βέλτιστη συγκολλησιμότητα. Ο έλεγχος είναι απαραίτητος κατά την τήξη θείου, πυριτίου, μαγγανίου και αποοξειδωτικών στοιχείων όπως αλουμίνιο, τιτάνιο, ασβέστιο, μαγνήσιο και δέλτα φερρίτη. Η ταινία πρέπει να υποβληθεί σε θερμική επεξεργασία για να διαλυθούν τυχόν δευτερογενείς φάσεις που μπορεί να σχηματιστούν κατά τη στερεοποίηση του τήγματος ή να σχηματιστούν κατά την επεξεργασία σε υψηλή θερμοκρασία.
Επιπλέον, ο τύπος φινιρίσματος με λωρίδες είναι ο πιο σημαντικός. Το ASTM A-480 παραθέτει τρία εμπορικά διαθέσιμα φινιρίσματα επιφανειών ψυχρής ταινίας: 2D (αεροανόπτηση, αποξείδωση και αμβλεία έλαση), 2B (αεροανόπτηση, αποξείδωση με ρολό και γυαλισμένη με ρολό) και 2BA (λαμπερή ανόπτηση και γυαλισμένη με θωράκιση). (ατμόσφαιρα). ρολά).
Η διαμόρφωση προφίλ, η συγκόλληση και η ρύθμιση των σφαιριδίων πρέπει να ελέγχονται προσεκτικά για να επιτευχθεί ο πιο στρογγυλός σωλήνας. Μετά το γυάλισμα, θα είναι ορατή ακόμη και η παραμικρή εγκοπή της συγκόλλησης ή μια επίπεδη γραμμή της σφαιρίδας. Επιπλέον, μετά την ηλεκτροστίλβωση, θα είναι εμφανή ίχνη κύλισης, μοτίβα κύλισης συγκολλήσεων και οποιαδήποτε μηχανική ζημιά στην επιφάνεια.
Μετά τη θερμική επεξεργασία, η εσωτερική διάμετρος του σωλήνα πρέπει να γυαλίζεται μηχανικά για την εξάλειψη των επιφανειακών ελαττωμάτων που σχηματίζονται κατά τη διαμόρφωση της ταινίας και του σωλήνα. Σε αυτό το στάδιο, η επιλογή του φινιρίσματος της λωρίδας καθίσταται κρίσιμη. Εάν η πτυχή είναι πολύ βαθιά, πρέπει να αφαιρεθεί περισσότερο μέταλλο από την επιφάνεια της εσωτερικής διαμέτρου του σωλήνα για να επιτευχθεί ένας λείος σωλήνας. Εάν η τραχύτητα είναι ρηχή ή απουσιάζει, χρειάζεται να αφαιρεθεί λιγότερο μέταλλο. Το καλύτερο ηλεκτρολυτικό φινίρισμα, συνήθως στην περιοχή των 5 μικροίντσων ή πιο λείο, επιτυγχάνεται με διαμήκη στίλβωση των σωλήνων με ταινία. Αυτός ο τύπος στίλβωσης αφαιρεί το μεγαλύτερο μέρος του μετάλλου από την επιφάνεια, συνήθως στην περιοχή των 0,001 ιντσών, αφαιρώντας έτσι τα όρια των κόκκων, τις ατέλειες της επιφάνειας και τα σχηματισμένα ελαττώματα. Η στίλβωση με στροβιλισμό αφαιρεί λιγότερο υλικό, δημιουργεί μια «θολή» επιφάνεια και συνήθως παράγει υψηλότερο Ra (μέση τραχύτητα επιφάνειας) στην περιοχή των 10-15 μικροίντσες.
Ηλεκτροστίλβωση Η ηλεκτροστίλβωση είναι απλώς μια αντίστροφη επίστρωση. Ένα διάλυμα ηλεκτροστίλβωσης αντλείται πάνω από την εσωτερική διάμετρο του σωλήνα, ενώ η κάθοδος διέρχεται μέσω του σωλήνα. Το μέταλλο αφαιρείται κατά προτίμηση από τα υψηλότερα σημεία της επιφάνειας. Η διαδικασία «ελπίζει» να γαλβανίσει την κάθοδο με μέταλλο που διαλύεται από το εσωτερικό του σωλήνα (δηλαδή, την άνοδο). Είναι σημαντικό να ελέγχεται η ηλεκτροχημεία για να αποτρέπεται η καθοδική επίστρωση και να διατηρείται το σωστό σθένος για κάθε ιόν.
Κατά την ηλεκτρολυτική στίλβωση, σχηματίζεται οξυγόνο στην επιφάνεια της ανόδου ή του ανοξείδωτου χάλυβα και υδρογόνο στην επιφάνεια της καθόδου. Το οξυγόνο είναι ένα βασικό συστατικό στη δημιουργία των ειδικών ιδιοτήτων των ηλεκτρολυτικά στιλβωμένων επιφανειών, τόσο για την αύξηση του βάθους του στρώματος παθητικοποίησης όσο και για τη δημιουργία ενός πραγματικού στρώματος παθητικοποίησης.
Η ηλεκτροστίλβωση λαμβάνει χώρα κάτω από το λεγόμενο στρώμα «Jacquet», το οποίο είναι ένα πολυμερισμένο θειώδες νικέλιο. Οτιδήποτε παρεμβαίνει στον σχηματισμό του στρώματος Jacquet θα οδηγήσει σε μια ελαττωματική ηλεκτροστιλβωμένη επιφάνεια. Αυτό είναι συνήθως ένα ιόν, όπως το χλωρίδιο ή το νιτρικό άλας, το οποίο εμποδίζει τον σχηματισμό θειώδους νικελίου. Άλλες παρεμποδιστικές ουσίες είναι τα έλαια σιλικόνης, τα γράσα, τα κεριά και άλλοι υδρογονάνθρακες μακράς αλυσίδας.
Μετά την ηλεκτροστίλβωση, οι σωλήνες πλύθηκαν με νερό και επιπλέον παθητικοποιήθηκαν σε θερμό νιτρικό οξύ. Αυτή η πρόσθετη παθητικοποίηση είναι απαραίτητη για την απομάκρυνση τυχόν υπολειμμάτων θειώδους νικελίου και για τη βελτίωση της αναλογίας χρωμίου προς σίδηρο στην επιφάνεια. Οι επακόλουθοι παθητικοποιημένοι σωλήνες πλύθηκαν με νερό διεργασίας, τοποθετήθηκαν σε θερμό απιονισμένο νερό, ξηράνθηκαν και συσκευάστηκαν. Εάν απαιτείται συσκευασία σε καθαρό δωμάτιο, οι σωλήνες ξεπλένονται επιπλέον σε απιονισμένο νερό μέχρι να επιτευχθεί η καθορισμένη αγωγιμότητα και στη συνέχεια ξηραίνονται με θερμό άζωτο πριν από τη συσκευασία.
Οι πιο συνηθισμένες μέθοδοι για την ανάλυση ηλεκτρολυτικά στιλβωμένων επιφανειών είναι η φασματοσκοπία ηλεκτρονίων Auger (AES) και η φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS) (γνωστή και ως φασματοσκοπία ηλεκτρονίων χημικής ανάλυσης). Η AES χρησιμοποιεί ηλεκτρόνια που παράγονται κοντά στην επιφάνεια για να δημιουργήσει ένα συγκεκριμένο σήμα για κάθε στοιχείο, το οποίο δίνει μια κατανομή στοιχείων με βάθος. Η XPS χρησιμοποιεί απαλές ακτίνες Χ που δημιουργούν φάσματα σύνδεσης, επιτρέποντας τη διάκριση των μοριακών ειδών με βάση την κατάσταση οξείδωσης.
Μια τιμή τραχύτητας επιφάνειας με προφίλ επιφάνειας παρόμοιο με την εμφάνιση της επιφάνειας δεν σημαίνει την ίδια εμφάνιση επιφάνειας. Οι περισσότεροι σύγχρονοι κατασκευαστές προφίλ μπορούν να αναφέρουν πολλές διαφορετικές τιμές τραχύτητας επιφάνειας, συμπεριλαμβανομένων των Rq (γνωστή και ως RMS), Ra, Rt (μέγιστη διαφορά μεταξύ ελάχιστης κατώτερης και μέγιστης κορυφής), Rz (μέσο μέγιστο ύψος προφίλ) και αρκετές άλλες τιμές. Αυτές οι εκφράσεις ελήφθησαν ως αποτέλεσμα διαφόρων υπολογισμών χρησιμοποιώντας ένα μόνο πέρασμα γύρω από την επιφάνεια με ένα διαμαντένιο στυλό. Σε αυτήν την παράκαμψη, ένα μέρος που ονομάζεται "αποκοπή" επιλέγεται ηλεκτρονικά και οι υπολογισμοί βασίζονται σε αυτό το μέρος.
Οι επιφάνειες μπορούν να περιγραφούν καλύτερα χρησιμοποιώντας συνδυασμούς διαφορετικών τιμών σχεδιασμού όπως Ra και Rt, αλλά δεν υπάρχει μία μόνο συνάρτηση που να μπορεί να διακρίνει μεταξύ δύο διαφορετικών επιφανειών με την ίδια τιμή Ra. Το ASME δημοσιεύει το πρότυπο ASME B46.1, το οποίο ορίζει την έννοια κάθε συνάρτησης υπολογισμού.
Για περισσότερες πληροφορίες επικοινωνήστε με: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Τηλέφωνο: 262-642-8210.