Ez a kétrészes cikk összefoglalja az elektropolírozásról szóló cikk főbb pontjait, és előzetest ad Tverbergnek az InterPhex konferencián, a hónap későbbi részében tartandó előadására. Ma, az 1. részben a rozsdamentes acélcsövek elektropolírozásának fontosságát, az elektropolírozási technikákat és az analitikai módszereket fogjuk megvitatni. A második részben a passzivált, mechanikusan polírozott rozsdamentes acélcsövekkel kapcsolatos legújabb kutatásokat mutatjuk be.
1. rész: Elektromosan polírozott rozsdamentes acélcsövek A gyógyszeriparnak és a félvezetőiparnak nagyszámú elektrolitikusan polírozott rozsdamentes acélcsőre van szüksége. Mindkét esetben a 316L rozsdamentes acél az előnyben részesített ötvözet. Néha 6% molibdéntartalmú rozsdamentes acélötvözeteket is használnak; a C-22 és C-276 ötvözetek fontosak a félvezetőgyártók számára, különösen akkor, ha gáz halmazállapotú sósavat használnak maratószerként.
Könnyen jellemezhetők a felületi hibák, amelyek egyébként elfedve lennének a gyakoribb anyagokban található felületi anomáliák labirintusában.
A passziváló réteg kémiai inertsége annak köszönhető, hogy mind a króm, mind a vas 3+ oxidációs állapotban van, és nem nulla vegyértékű fémek. A mechanikusan polírozott felületek még a salétromsavval történő hosszabb termikus passziválás után is magas szabad vastartalmat tartottak a filmben. Ez a tényező önmagában is nagy előnyt biztosít az elektrolitikusan polírozott felületeknek a hosszú távú stabilitás szempontjából.
A két felület közötti másik fontos különbség az ötvözőelemek jelenléte (mechanikusan polírozott felületek esetén) vagy hiánya (elektrolitikusan polírozott felületek esetén). A mechanikusan polírozott felületek megőrzik a fő ötvözőösszetételt, más ötvözőelemek csekély veszteséggel, míg az elektrolitikusan polírozott felületek többnyire csak krómot és vasat tartalmaznak.
Elektromosan polírozott csövek gyártása A sima elektromosan polírozott felület eléréséhez sima felülettel kell kezdeni. Ez azt jelenti, hogy nagyon jó minőségű acéllal kezdünk, amelyet optimális hegeszthetőségre gyártunk. A kén, szilícium, mangán és deoxidáló elemek, például alumínium, titán, kalcium, magnézium és delta-ferrit olvasztásakor szabályozni kell a folyamatot. A szalagot hőkezelni kell, hogy feloldjuk az olvadék szilárdulása során vagy a magas hőmérsékletű feldolgozás során keletkező másodlagos fázisokat.
Ezenkívül a csíkkikészítés típusa a legfontosabb. Az ASTM A-480 szabvány három kereskedelmi forgalomban kapható hidegen hengerelt szalagfelület-kezelést sorol fel: 2D (légkeveréses lágyítás, pácolás és tompa hengerlés), 2B (légkeveréses lágyítás, hengerelt pácolás és hengerelt polírozás), valamint 2BA (fényes lágyítás és árnyékolt polírozás). légköri). hengerlés).
A profilalkotást, a hegesztést és a varrat beállítását gondosan ellenőrizni kell a lehető legkerekebb cső elérése érdekében. Polírozás után a hegesztés legkisebb alámetszése vagy a varrat lapos vonala is látható lesz. Ezenkívül az elektropolírozás után a hengerlés nyomai, a hegesztési varratok hengerlési mintázata és a felület bármilyen mechanikai sérülése szembetűnő lesz.
Hőkezelés után a cső belső átmérőjét mechanikusan polírozni kell, hogy megszüntessék a szalag és a cső kialakítása során keletkezett felületi hibákat. Ebben a szakaszban a csíkos felület megválasztása kritikussá válik. Ha a hajtás túl mély, akkor több fémet kell eltávolítani a cső belső átmérőjének felületéről a sima cső eléréséhez. Ha az érdesség sekély vagy hiányzik, kevesebb fémet kell eltávolítani. A legjobb elektropolírozott felületet, jellemzően az 5 mikrohüvelyk vagy simább tartományban, a csövek hosszirányú sávos polírozásával érik el. Ez a fajta polírozás a fém nagy részét eltávolítja a felületről, jellemzően a 0,001 hüvelyk tartományban, ezáltal eltávolítja a szemcsehatárokat, a felületi tökéletlenségeket és a kialakult hibákat. Az örvénylő polírozás kevesebb anyagot távolít el, „zavaros” felületet hoz létre, és jellemzően magasabb Ra értéket (átlagos felületi érdesség) eredményez, 10–15 mikrohüvelyk tartományban.
Elektropolírozás Az elektropolírozás csupán egy fordított bevonatolás. Elektropolírozó oldatot pumpálnak a cső belső átmérőjére, miközben a katódot áthúzzák a csövön. A fémet lehetőleg a felület legmagasabb pontjairól távolítják el. A folyamat „reméli”, hogy a katódot a cső belsejéből (azaz az anódból) kioldódó fémmel galvanizálja. Fontos az elektrokémia szabályozása a katódos bevonat megelőzése és az egyes ionok megfelelő vegyértékének fenntartása érdekében.
Elektromos polírozás során az anód vagy a rozsdamentes acél felületén oxigén, a katód felületén pedig hidrogén képződik. Az oxigén kulcsfontosságú összetevő az elektropolírozott felületek különleges tulajdonságainak kialakításában, mind a passziváló réteg mélységének növelésében, mind a valódi passziváló réteg létrehozásában.
Az elektropolírozás az úgynevezett „Jacquet” réteg alatt történik, amely egy polimerizált nikkel-szulfit. Bármi, ami zavarja a Jacquet réteg kialakulását, hibás elektropolírozott felületet eredményez. Ez általában egy ion, például klorid vagy nitrát, amely megakadályozza a nikkel-szulfit képződését. Egyéb zavaró anyagok a szilikonolajok, zsírok, viaszok és más hosszú szénláncú szénhidrogének.
Elektromos polírozás után a csöveket vízzel mosták, majd forró salétromsavban passziválták. Ez a további passziválás a maradék nikkel-szulfit eltávolításához és a felületi króm-vas arány javításához szükséges. A később passzivált csöveket technológiai vízzel mosták, forró ioncserélt vízbe helyezték, szárították és csomagolták. Ha tisztatéri csomagolásra van szükség, a csöveket ioncserélt vízben is öblítették, amíg el nem érték a megadott vezetőképességet, majd csomagolás előtt forró nitrogénnel szárították.
Az elektropolírozott felületek elemzésének leggyakoribb módszerei az Auger-elektronspektroszkópia (AES) és a röntgen-fotoelektron spektroszkópia (XPS) (más néven kémiai analízis elektronspektroszkópia). Az AES a felület közelében keletkező elektronokat használja fel minden egyes elemhez tartozó specifikus jel generálására, amely mélységi eloszlást ad. Az XPS lágy röntgensugarakat használ, amelyek kötődési spektrumokat hoznak létre, lehetővé téve a molekuláris fajok oxidációs állapot szerinti megkülönböztetését.
Egy felületi érdességi érték, amelyhez a felületi profil hasonló, nem jelenti ugyanazt a felületi megjelenést. A legtöbb modern profilkészítő számos különböző felületi érdességi értéket tud közölni, beleértve az Rq-t (más néven RMS), Ra-t, Rt-t (a minimális mélyedés és a maximális csúcs közötti maximális különbség), Rz-t (az átlagos maximális profilmagasság) és számos más értéket. Ezeket a kifejezéseket különféle számítások eredményeként kaptuk meg, egyetlen gyémánttollal a felület körüli menettel. Ebben a megkerülő eljárásban elektronikusan kiválasztanak egy „határértéknek” nevezett részt, és a számítások ezen az alkatrészen alapulnak.
A felületeket jobban le lehet írni különböző tervezési értékek, például Ra és Rt kombinációival, de nincs egyetlen függvény, amely különbséget tudna tenni két különböző, azonos Ra értékű felület között. Az ASME kiadja az ASME B46.1 szabványt, amely meghatározza az egyes számítási függvények jelentését.
További információért forduljon a következőhöz: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Telefon: 262-642-8210.