Tämä kaksiosainen artikkeli tiivistää sähkökiillotusta käsittelevän artikkelin pääkohdat ja esittelee Tverbergin esityksen InterPhex-tapahtumassa myöhemmin tässä kuussa. Tänään, osassa 1, keskustelemme ruostumattomien teräsputkien sähkökiillotuksen tärkeydestä, sähkökiillotustekniikoista ja analyyttisistä menetelmistä. Toisessa osassa esittelemme uusimman tutkimuksen passivoiduista mekaanisesti kiillotetuista ruostumattomista teräsputkista.
Osa 1: Sähkökiillotetut ruostumattomasta teräksestä valmistetut putket Lääke- ja puolijohdeteollisuus tarvitsee suuren määrän sähkökiillotettuja ruostumattomasta teräksestä valmistettuja putkia. Molemmissa tapauksissa ensisijainen seos on 316L ruostumaton teräs. Joskus käytetään ruostumattomasta teräksestä valmistettuja seoksia, joissa on 6 % molybdeeniä; seokset C-22 ja C-276 ovat tärkeitä puolijohdevalmistajille, erityisesti silloin, kun syövytysaineena käytetään kaasumaista suolahappoa.
Karakterisoi helposti pintavirheitä, jotka muuten peittyisivät yleisempien materiaalien pintapoikkeamien sokkeloon.
Passivointikerroksen kemiallinen inerttiys johtuu siitä, että sekä kromi että rauta ovat hapetustilassa 3+ eivätkä ole nollavalensseja metalleja. Mekaanisesti kiillotetut pinnat säilyttivät kalvossa korkean vapaan raudan pitoisuuden jopa pitkäaikaisen typpihapolla tehdyn lämpöpassivoinnin jälkeen. Pelkästään tämä tekijä antaa sähkökiillotetuille pinnoille suuren edun pitkäaikaisen stabiilisuuden kannalta.
Toinen tärkeä ero näiden kahden pinnan välillä on seosaineiden läsnäolo (mekaanisesti kiillotetuissa pinnoissa) tai puuttuminen (sähkökiillotetuissa pinnoissa). Mekaanisesti kiillotetut pinnat säilyttävät pääasiallisen seosaineen ja muita seosaineita häviää vain vähän, kun taas sähkökiillotetut pinnat sisältävät enimmäkseen vain kromia ja rautaa.
Sähkökiillotettujen putkien valmistus Sileän sähkökiillotetun pinnan saavuttamiseksi on aloitettava sileästä pinnasta. Tämä tarkoittaa, että aloitamme erittäin korkealaatuisesta teräksestä, joka on valmistettu optimaalista hitsattavuutta varten. Kontrolli on välttämätöntä sulatettaessa rikkiä, piitä, mangaania ja hapettuvia alkuaineita, kuten alumiinia, titaania, kalsiumia, magnesiumia ja deltaferriittiä. Nauha on lämpökäsiteltävä, jotta sulan jähmettymisen aikana tai korkean lämpötilan käsittelyn aikana mahdollisesti muodostuvat sekundääriset faasit liukenevat.
Lisäksi raidan pintakäsittelyn tyyppi on tärkein. ASTM A-480 listaa kolme kaupallisesti saatavilla olevaa kylmävalssattua nauhapinnan viimeistelyä: 2D (ilmalämpökäsitelty, peitattu ja tylppävalssattu), 2B (ilmalämpökäsitelty, valssipeittattu ja valssikiillotettu) ja 2BA (kiiltohehkutettu ja suojakiillotettu). ilmakehäkäsitelty).
Profilointia, hitsausta ja sauman säätöä on valvottava huolellisesti, jotta saadaan mahdollisimman pyöreä putki. Kiillotuksen jälkeen pieninkin hitsauksen alileikkaus tai sauman tasainen viiva on näkyvissä. Lisäksi sähkökiillotuksen jälkeen valssausjäljet, hitsien valssauskuviot ja mahdolliset pinnan mekaaniset vauriot ovat ilmeisiä.
Lämpökäsittelyn jälkeen putken sisähalkaisija on kiillotettava mekaanisesti, jotta poistetaan nauhan ja putken muotoilun aikana muodostuneet pintavirheet. Tässä vaiheessa raidan pinnan valinta on ratkaisevan tärkeää. Jos taitos on liian syvä, putken sisähalkaisijan pinnalta on poistettava enemmän metallia sileän putken saamiseksi. Jos karheus on matala tai sitä ei ole lainkaan, metallia on poistettava vähemmän. Paras sähkökiillotettu pinta, tyypillisesti 5 mikrotuuman alueella tai tasaisempi, saadaan putkien pitkittäisellä nauhakiillotuksella. Tämän tyyppinen kiillotus poistaa suurimman osan metallista pinnalta, tyypillisesti 0,001 tuuman alueella, jolloin poistetaan raerajat, pinnan epätäydellisyydet ja muodostuneet virheet. Pyörrekiillotus poistaa vähemmän materiaalia, luo "samean" pinnan ja tuottaa tyypillisesti korkeamman Ra:n (keskimääräinen pinnan karheus) 10–15 mikrotuuman alueella.
Elektrolyyttinen kiillotus Elektrolyyttinen kiillotus on vain käänteinen pinnoitus. Elektrolyyttistä kiillotusliuosta pumpataan putken sisähalkaisijan yli samalla, kun katodia vedetään putken läpi. Metalli poistetaan mieluiten pinnan korkeimmista kohdista. Prosessissa "toiveena" galvanoida katodin metallilla, joka liukenee putken sisältä (eli anodilta). On tärkeää hallita sähkökemiaa katodisen pinnoitteen estämiseksi ja kunkin ionin oikean valenssin ylläpitämiseksi.
Elektrolyysikiillotuksen aikana anodin tai ruostumattoman teräksen pinnalle muodostuu happea ja katodin pinnalle vetyä. Happi on keskeinen ainesosa elektrolyysikiillotettujen pintojen erityisominaisuuksien luomisessa sekä passivointikerroksen syvyyden lisäämisessä että todellisen passivointikerroksen luomisessa.
Elektrolyyttinen kiillotus tapahtuu niin kutsutun "Jacquet"-kerroksen alla, joka on polymeroitu nikkelisulfiitti. Mikä tahansa, mikä häiritsee Jacquet-kerroksen muodostumista, johtaa vialliseen elektrolyyttiseen kiillotettuun pintaan. Tämä on yleensä ioni, kuten kloridi tai nitraatti, joka estää nikkelisulfiitin muodostumisen. Muita häiritseviä aineita ovat silikoniöljyt, rasvat, vahat ja muut pitkäketjuiset hiilivedyt.
Elektrolyysikiillotuksen jälkeen putket pestiin vedellä ja passivoitiin lisäksi kuumalla typpihapolla. Tämä lisäpassivointi on tarpeen mahdollisten nikkelisulfiitin jäännösten poistamiseksi ja pinnan kromi-rauta-suhteen parantamiseksi. Seuraavat passivoidut putket pestiin prosessivedellä, asetettiin kuumaan deionisoituun veteen, kuivattiin ja pakattiin. Jos puhdastilapakkaus on tarpeen, putket huuhdellaan lisäksi deionisoidulla vedellä, kunnes määritelty johtavuus saavutetaan, ja kuivataan sitten kuumalla typellä ennen pakkaamista.
Yleisimmät menetelmät sähkökiillotettujen pintojen analysointiin ovat Augerin elektronispektroskopia (AES) ja röntgenfotoelektronispektroskopia (XPS) (tunnetaan myös kemiallisen analyysin elektronispektroskopiana). AES käyttää pinnan lähellä syntyviä elektroneja luodakseen kullekin alkuaineelle tietyn signaalin, joka antaa syvyysjakauman alkuaineille. XPS käyttää pehmeitä röntgensäteitä, jotka luovat sitoutumisspektrejä, joiden avulla molekyylilajit voidaan erottaa hapetusasteen perusteella.
Pinnan karheusarvo, jonka pintaprofiili on samanlainen kuin pinnan ulkonäkö, ei tarkoita samaa pinnan ulkonäköä. Useimmat nykyaikaiset profilointilaitteet voivat raportoida useita erilaisia ​​pinnan karheusarvoja, mukaan lukien Rq (tunnetaan myös nimellä RMS), Ra, Rt (suurin ero pienimmän aallon ja suurimman huipun välillä), Rz (keskimääräinen profiilin maksimikorkeus) ja useita muita arvoja. Nämä lausekkeet saatiin useiden laskelmien tuloksena käyttämällä timanttikynällä tehtyä yhtä pinnan ympäri kulkevaa siirtoa. Tässä ohituksessa valitaan elektronisesti "katkaisu"-niminen osa, ja laskelmat perustuvat tähän osaan.
Pintoja voidaan kuvata paremmin käyttämällä eri suunnitteluarvojen, kuten Ra:n ja Rt:n, yhdistelmiä, mutta ei ole olemassa yhtä funktiota, joka pystyisi erottamaan kaksi eri pintaa, joilla on sama Ra-arvo. ASME julkaisee ASME B46.1 -standardin, joka määrittelee kunkin laskentafunktion merkityksen.
Lisätietoja antaa: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PL 77, East Troy, WI 53120. Puhelin: 262-642-8210.