Dit tweedelige artikel vat de belangrijkste punten van het artikel over elektrolytisch polijsten samen en biedt een voorproefje van Tverbergs presentatie op InterPhex later deze maand. Vandaag bespreken we in deel 1 het belang van elektrolytisch polijsten van roestvrijstalen buizen, elektrolytische polijsttechnieken en analysemethoden. In het tweede deel presenteren we het nieuwste onderzoek naar gepassiveerd mechanisch gepolijst roestvrijstalen buizen.
Deel 1: Elektrolytisch gepolijste roestvrijstalen buizen De farmaceutische industrie en de halfgeleiderindustrie hebben een groot aantal elektrolytisch gepolijste roestvrijstalen buizen nodig. In beide gevallen is roestvrij staal 316L de voorkeurslegering. Soms worden roestvrijstaallegeringen met 6% molybdeen gebruikt; de legeringen C-22 en C-276 zijn belangrijk voor halfgeleiderfabrikanten, vooral wanneer gasvormig zoutzuur als etsmiddel wordt gebruikt.
Karakteriseer eenvoudig oppervlaktedefecten die anders verborgen zouden blijven in het doolhof van oppervlakte-afwijkingen in gangbare materialen.
De chemische inertheid van de passiveringslaag is te danken aan het feit dat zowel chroom als ijzer zich in de oxidatietoestand 3+ bevinden en geen nulwaardige metalen zijn. Mechanisch gepolijste oppervlakken behielden een hoog gehalte aan vrij ijzer in de film, zelfs na langdurige thermische passivering met salpeterzuur. Alleen al deze factor geeft elektrolytisch gepolijste oppervlakken een groot voordeel wat betreft de stabiliteit op lange termijn.
Een ander belangrijk verschil tussen de twee oppervlakken is de aanwezigheid (bij mechanisch gepolijste oppervlakken) of afwezigheid (bij elektrolytisch gepolijste oppervlakken) van legeringselementen. Mechanisch gepolijste oppervlakken behouden de hoofdbestanddelen van de legering met weinig verlies van andere legeringselementen, terwijl elektrolytisch gepolijste oppervlakken voornamelijk chroom en ijzer bevatten.
Het maken van elektrolytisch gepolijste buizen. Om een ​​glad elektrolytisch gepolijst oppervlak te krijgen, moet u beginnen met een glad oppervlak. Dit betekent dat we beginnen met staal van zeer hoge kwaliteit, vervaardigd voor optimale lasbaarheid. Controle is noodzakelijk bij het smelten van zwavel, silicium, mangaan en deoxiderende elementen zoals aluminium, titanium, calcium, magnesium en deltaferriet. De strip moet warmtebehandeld worden om eventuele secundaire fasen op te lossen die zich tijdens de smelt of bij hoge temperaturen kunnen vormen.
Daarnaast is het type streepafwerking het belangrijkst. ASTM A-480 vermeldt drie commercieel verkrijgbare oppervlakteafwerkingen voor koudgewalste banden: 2D (luchtgegloeid, gebeitst en stompgewalst), 2B (luchtgegloeid, walsgebeitst en walsgepolijst) en 2BA (glanzend gegloeid en schildgepolijst).
Profileren, lassen en lasnaden moeten zorgvuldig worden gecontroleerd om een ​​zo rond mogelijke buis te verkrijgen. Na het polijsten zal zelfs de kleinste ondersnijding van de las of een vlakke lijn van de lasnaad zichtbaar zijn. Bovendien zullen na elektrolytisch polijsten rolsporen, rolpatronen van lassen en eventuele mechanische beschadigingen aan het oppervlak zichtbaar zijn.
Na de warmtebehandeling moet de binnendiameter van de buis mechanisch worden gepolijst om oppervlaktedefecten te verwijderen die tijdens de vorming van de strip en de buis zijn ontstaan. In deze fase wordt de keuze van de streepafwerking cruciaal. Als de plooi te diep is, moet er meer metaal van het oppervlak van de binnendiameter van de buis worden verwijderd om een ​​gladde buis te verkrijgen. Als de ruwheid ondiep of afwezig is, hoeft er minder metaal te worden verwijderd. De beste elektrolytisch gepolijste afwerking, meestal in het bereik van 5 micro-inch of gladder, wordt verkregen door longitudinale bandpolijsten van de buizen. Dit type polijsten verwijdert het meeste metaal van het oppervlak, meestal in het bereik van 0,001 inch, waardoor korrelgrenzen, oppervlakte-imperfecties en gevormde defecten worden verwijderd. Wervelpolijsten verwijdert minder materiaal, creëert een "troebel" oppervlak en produceert doorgaans een hogere Ra (gemiddelde oppervlakteruwheid) in het bereik van 10-15 micro-inch.
Elektrolytisch polijsten is gewoon een omgekeerde coating. Een elektrolytisch polijstmiddel wordt over de binnendiameter van de buis gepompt terwijl de kathode erdoorheen wordt getrokken. Het metaal wordt bij voorkeur verwijderd van de hoogste punten van het oppervlak. Het proces "hoopt" de kathode te galvaniseren met metaal dat vanuit de buis (d.w.z. de anode) oplost. Het is belangrijk om de elektrochemie te controleren om kathodische coating te voorkomen en de juiste valentie voor elk ion te behouden.
Tijdens het elektrolytisch polijsten ontstaat zuurstof op het oppervlak van de anode of het roestvrij staal en waterstof op het oppervlak van de kathode. Zuurstof is een belangrijk ingrediënt voor het creëren van de speciale eigenschappen van elektrolytisch gepolijste oppervlakken, zowel om de diepte van de passiveringslaag te vergroten als om een ​​echte passiveringslaag te creëren.
Elektrolytisch polijsten vindt plaats onder de zogenaamde "Jacquet"-laag, een gepolymeriseerd nikkelsulfiet. Alles wat de vorming van de Jacquet-laag verstoort, resulteert in een defect elektrolytisch gepolijst oppervlak. Dit is meestal een ion, zoals chloride of nitraat, dat de vorming van nikkelsulfiet verhindert. Andere storende stoffen zijn siliconenoliën, vetten, wassen en andere koolwaterstoffen met lange ketens.
Na het elektrolytisch polijsten werden de buizen gewassen met water en extra gepassiveerd in heet salpeterzuur. Deze extra passivering is nodig om eventueel resterend nikkelsulfiet te verwijderen en de chroom/ijzerverhouding op het oppervlak te verbeteren. Vervolgens werden de gepassiveerde buizen gewassen met proceswater, in heet gedeïoniseerd water geplaatst, gedroogd en verpakt. Indien cleanroomverpakking vereist is, worden de buizen extra gespoeld in gedeïoniseerd water tot de gespecificeerde geleidbaarheid is bereikt en vervolgens gedroogd met hete stikstof voordat ze worden verpakt.
De meest gebruikte methoden voor het analyseren van elektrolytisch gepolijste oppervlakken zijn Auger-elektronenspectroscopie (AES) en röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS) (ook bekend als chemische analyse-elektronenspectroscopie). AES gebruikt elektronen die dicht bij het oppervlak worden gegenereerd om voor elk element een specifiek signaal te genereren, wat resulteert in een verdeling van elementen met diepte. XPS gebruikt zachte röntgenstralen die bindingsspectra creëren, waardoor moleculaire soorten kunnen worden onderscheiden op basis van oxidatietoestand.
Een oppervlakteruwheidswaarde met een oppervlakteprofiel dat vergelijkbaar is met het uiterlijk van het oppervlak, betekent niet hetzelfde uiterlijk. De meeste moderne profilers kunnen veel verschillende oppervlakteruwheidswaarden rapporteren, waaronder Rq (ook bekend als RMS), Ra, Rt (maximaal verschil tussen minimale dal en maximale piek), Rz (gemiddelde maximale profielhoogte) en diverse andere waarden. Deze uitdrukkingen zijn verkregen door middel van verschillende berekeningen met behulp van een enkele doorgang rond het oppervlak met een diamantpen. Bij deze bypass wordt een onderdeel, de zogenaamde "cutoff", elektronisch geselecteerd en worden de berekeningen op dit onderdeel gebaseerd.
Oppervlakken kunnen beter worden beschreven met behulp van combinaties van verschillende ontwerpwaarden, zoals Ra en Rt, maar er is geen enkele functie die onderscheid kan maken tussen twee verschillende oppervlakken met dezelfde Ra-waarde. ASME publiceert de ASME B46.1-norm, die de betekenis van elke rekenfunctie definieert.
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Telefoon: 262-642-8210.