Cet article en deux parties résume les points clés de l'article sur l'électropolissage et présente un aperçu de la présentation de Tverberg à InterPhex plus tard ce mois-ci. Aujourd'hui, dans la première partie, nous aborderons l'importance de l'électropolissage des tubes en acier inoxydable, les techniques d'électropolissage et les méthodes d'analyse. Dans la deuxième partie, nous présenterons les dernières recherches sur les tubes en acier inoxydable passivés et polis mécaniquement.
Partie 1 : Tubes en acier inoxydable électropolis. Les industries pharmaceutique et des semi-conducteurs ont besoin d'un grand nombre de tubes en acier inoxydable électropolis. Dans les deux cas, l'acier inoxydable 316L est l'alliage privilégié. Des alliages d'acier inoxydable contenant 6 % de molybdène sont parfois utilisés ; les alliages C-22 et C-276 sont importants pour les fabricants de semi-conducteurs, notamment lorsque l'acide chlorhydrique gazeux est utilisé comme agent de gravure.
Caractérisez facilement les défauts de surface qui seraient autrement masqués dans le labyrinthe d’anomalies de surface trouvées dans les matériaux plus courants.
L'inertie chimique de la couche de passivation est due au fait que le chrome et le fer sont tous deux à l'état d'oxydation 3+ et ne sont pas des métaux zérovalents. Les surfaces polies mécaniquement conservent une teneur élevée en fer libre dans le film, même après une passivation thermique prolongée à l'acide nitrique. Ce facteur confère aux surfaces électropolies un avantage considérable en termes de stabilité à long terme.
Une autre différence importante entre les deux surfaces réside dans la présence (pour les surfaces polies mécaniquement) ou l'absence (pour les surfaces électropolies) d'éléments d'alliage. Les surfaces polies mécaniquement conservent la composition principale de l'alliage avec une faible perte des autres éléments d'alliage, tandis que les surfaces électropolies ne contiennent principalement que du chrome et du fer.
Fabrication de tubes électropolis. Pour obtenir une surface électropolie lisse, il est essentiel d'avoir une surface lisse. Cela signifie que nous utilisons un acier de très haute qualité, fabriqué pour une soudabilité optimale. Un contrôle est nécessaire lors de la fusion du soufre, du silicium, du manganèse et des éléments désoxydants tels que l'aluminium, le titane, le calcium, le magnésium et la ferrite delta. La bande doit être traitée thermiquement pour dissoudre les phases secondaires susceptibles de se former lors de la solidification en fusion ou lors du traitement à haute température.
De plus, le type de finition de bande est le plus important. La norme ASTM A-480 répertorie trois finitions de surface de bande à froid disponibles dans le commerce : 2D (recuit à l'air, décapé et laminé émoussé), 2B (recuit à l'air, décapé au rouleau et poli au rouleau) et 2BA (recuit brillant et poli par blindage). atmosphère). rouleaux).
Le profilage, la soudure et l'ajustement du cordon doivent être soigneusement contrôlés pour obtenir le tube le plus rond possible. Après polissage, même la plus légère contre-dépouille de la soudure ou une ligne plate du cordon seront visibles. De plus, après électropolissage, les traces de laminage, les motifs de laminage des soudures et tout dommage mécanique à la surface seront visibles.
Après le traitement thermique, le diamètre intérieur du tube doit être poli mécaniquement afin d'éliminer les défauts de surface formés lors de la formation de la bande et du tube. À ce stade, le choix de la finition de la bande devient crucial. Si le pli est trop profond, il faut retirer davantage de métal de la surface du diamètre intérieur du tube pour obtenir un tube lisse. Si la rugosité est faible ou absente, il faut retirer moins de métal. La meilleure finition électropolie, généralement de l'ordre de 5 micropouces ou moins, est obtenue par polissage longitudinal des tubes. Ce type de polissage élimine la majeure partie du métal de la surface, généralement de l'ordre de 0,001 pouce, éliminant ainsi les joints de grains, les imperfections de surface et les défauts formés. Le polissage par tourbillonnage enlève moins de matière, crée une surface « trouble » et produit généralement une rugosité de surface moyenne (Ra) plus élevée, comprise entre 10 et 15 micropouces.
Électropolissage. L'électropolissage consiste simplement à appliquer un revêtement inverse. Une solution d'électropolissage est pompée sur le diamètre intérieur du tube tandis que la cathode est aspirée à travers celui-ci. Le métal est de préférence retiré des points les plus hauts de la surface. Le procédé vise à galvaniser la cathode avec le métal qui se dissout à l'intérieur du tube (c'est-à-dire l'anode). Il est important de contrôler l'électrochimie afin d'éviter le dépôt cathodique et de maintenir la valence correcte de chaque ion.
Lors de l'électropolissage, de l'oxygène se forme à la surface de l'anode ou de l'acier inoxydable, et de l'hydrogène à la surface de la cathode. L'oxygène est un ingrédient essentiel aux propriétés spécifiques des surfaces électropolies, permettant à la fois d'augmenter la profondeur de la couche de passivation et de créer une véritable couche de passivation.
L'électropolissage s'effectue sous la couche dite « Jacquet », constituée de sulfite de nickel polymérisé. Tout élément interférant avec la formation de cette couche entraînera un défaut de surface électropolie. Il s'agit généralement d'un ion, comme le chlorure ou le nitrate, qui empêche la formation de sulfite de nickel. Les autres substances interférentes sont les huiles de silicone, les graisses, les cires et autres hydrocarbures à longue chaîne.
Après l'électropolissage, les tubes ont été lavés à l'eau puis passivés à l'acide nitrique chaud. Cette passivation supplémentaire est nécessaire pour éliminer tout résidu de sulfite de nickel et améliorer le rapport chrome/fer en surface. Les tubes passivés suivants ont été lavés à l'eau de process, placés dans de l'eau chaude déionisée, séchés et conditionnés. Si un conditionnement en salle blanche est requis, les tubes sont ensuite rincés à l'eau déionisée jusqu'à obtention de la conductivité spécifiée, puis séchés à l'azote chaud avant conditionnement.
Les méthodes les plus courantes d'analyse des surfaces électropolies sont la spectroscopie d'électrons Auger (AES) et la spectroscopie de photoélectrons X (XPS) (également appelée spectroscopie électronique d'analyse chimique). L'AES utilise les électrons générés près de la surface pour générer un signal spécifique à chaque élément, ce qui donne une distribution des éléments en profondeur. La XPS utilise les rayons X mous qui créent des spectres de liaison, permettant de distinguer les espèces moléculaires selon leur état d'oxydation.
Une valeur de rugosité de surface dont le profil est similaire à l'aspect de surface ne garantit pas le même aspect de surface. La plupart des profilomètres modernes peuvent indiquer de nombreuses valeurs de rugosité de surface différentes, notamment Rq (également appelé RMS), Ra, Rt (différence maximale entre le creux minimal et le pic maximal), Rz (hauteur maximale moyenne du profil) et plusieurs autres valeurs. Ces expressions ont été obtenues à partir de divers calculs effectués en un seul passage autour de la surface avec un stylo diamant. Lors de ce contournement, une partie appelée « seuil » est sélectionnée électroniquement et les calculs sont basés sur cette partie.
Les surfaces peuvent être mieux décrites en combinant différentes valeurs de conception telles que Ra et Rt, mais aucune fonction unique ne permet de distinguer deux surfaces différentes ayant la même valeur Ra. L'ASME publie la norme ASME B46.1, qui définit la signification de chaque fonction de calcul.
Pour plus d'informations, contactez : John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Téléphone : 262-642-8210.