Ten dwuczęściowy artykuł podsumowuje kluczowe punkty artykułu na temat elektropolerowania i zapowiada prezentację Tverberga na targach InterPhex, która odbędzie się pod koniec tego miesiąca. Dzisiaj, w części 1, omówimy znaczenie elektropolerowania rur ze stali nierdzewnej, technik elektropolerowania i metod analitycznych. W drugiej części przedstawiamy najnowsze badania dotyczące pasywowanych, mechanicznie polerowanych rur ze stali nierdzewnej.
Część 1: Elektropolerowane rury ze stali nierdzewnej Przemysł farmaceutyczny i półprzewodnikowy potrzebuje dużej liczby elektropolerowanych rur ze stali nierdzewnej. W obu przypadkach preferowanym stopem jest stal nierdzewna 316L. Czasami stosuje się stopy stali nierdzewnej z 6% molibdenu; stopy C-22 i C-276 są ważne dla producentów półprzewodników, zwłaszcza gdy jako środek trawiący stosuje się gazowy kwas solny.
Łatwe charakteryzowanie wad powierzchni, które w przeciwnym razie pozostałyby niewidoczne w labiryncie anomalii powierzchni występujących w bardziej powszechnych materiałach.
Chemiczna obojętność warstwy pasywującej wynika z faktu, że zarówno chrom, jak i żelazo znajdują się na 3+ stopniu utlenienia i nie są metalami zerowartościowymi. Mechanicznie polerowane powierzchnie zachowały wysoką zawartość wolnego żelaza w warstwie nawet po przedłużonej pasywacji termicznej kwasem azotowym. Ten czynnik sam w sobie daje elektropolerowanym powierzchniom dużą zaletę pod względem długoterminowej stabilności.
Inną ważną różnicą między tymi dwiema powierzchniami jest obecność (w przypadku powierzchni polerowanych mechanicznie) lub brak (w przypadku powierzchni elektropolerowanych) pierwiastków stopowych. Powierzchnie polerowane mechanicznie zachowują główny skład stopowy z niewielką utratą innych pierwiastków stopowych, podczas gdy powierzchnie elektropolerowane zawierają głównie tylko chrom i żelazo.
Wykonywanie rur elektropolerowanych Aby uzyskać gładką powierzchnię elektropolerowaną, należy zacząć od gładkiej powierzchni. Oznacza to, że zaczynamy od stali bardzo wysokiej jakości, wyprodukowanej w celu zapewnienia optymalnej spawalności. Kontrola jest konieczna podczas topienia siarki, krzemu, manganu i pierwiastków odtleniających, takich jak aluminium, tytan, wapń, magnez i ferryt delta. Taśma musi zostać poddana obróbce cieplnej w celu rozpuszczenia wszelkich faz wtórnych, które mogą powstawać podczas krzepnięcia stopu lub podczas obróbki w wysokiej temperaturze.
Ponadto, rodzaj wykończenia pasków jest najważniejszy. Norma ASTM A-480 wymienia trzy dostępne komercyjnie wykończenia powierzchni pasków na zimno: 2D (wyżarzane w powietrzu, trawione i walcowane na tępo), 2B (wyżarzane w powietrzu, trawione w rolkach i polerowane w rolkach) oraz 2BA (wyżarzane na jasno i polerowane tarczą). atmosfera). rolki).
Profilowanie, spawanie i regulacja spoiny muszą być starannie kontrolowane, aby uzyskać możliwie najbardziej okrągłą rurę. Po polerowaniu widoczne będzie nawet najmniejsze podcięcie spoiny lub płaska linia spoiny. Ponadto po elektropolerowaniu widoczne będą ślady walcowania, wzory walcowania spoin i wszelkie uszkodzenia mechaniczne powierzchni.
Po obróbce cieplnej średnica wewnętrzna rury musi zostać mechanicznie wypolerowana, aby wyeliminować wady powierzchni powstałe podczas formowania taśmy i rury. Na tym etapie wybór wykończenia paskowego staje się krytyczny. Jeśli fałda jest zbyt głęboka, należy usunąć więcej metalu z powierzchni średnicy wewnętrznej rury, aby uzyskać gładką rurę. Jeśli chropowatość jest płytka lub jej nie ma, należy usunąć mniej metalu. Najlepsze wykończenie elektropolerowane, zwykle w zakresie 5 mikrocali lub gładsze, uzyskuje się przez wzdłużne polerowanie taśmowe rur. Ten rodzaj polerowania usuwa większość metalu z powierzchni, zwykle w zakresie 0,001 cala, usuwając w ten sposób granice ziaren, niedoskonałości powierzchni i powstałe wady. Polerowanie wirowe usuwa mniej materiału, tworzy „zamgloną” powierzchnię i zwykle powoduje wyższy Ra (średnia chropowatość powierzchni) w zakresie 10–15 mikrocali.
Elektropolerowanie Elektropolerowanie to po prostu odwrotne powlekanie. Roztwór elektropolerujący jest pompowany po wewnętrznej średnicy rury, podczas gdy katoda jest przeciągana przez rurę. Metal jest najlepiej usuwany z najwyższych punktów na powierzchni. Proces „ma nadzieję” na ocynkowanie katody metalem, który rozpuszcza się wewnątrz rury (tj. anody). Ważne jest kontrolowanie elektrochemii, aby zapobiec powłoce katodowej i utrzymać prawidłową wartościowość dla każdego jonu.
Podczas elektropolerowania tlen tworzy się na powierzchni anody lub stali nierdzewnej, a wodór na powierzchni katody. Tlen jest kluczowym składnikiem w tworzeniu specjalnych właściwości elektropolerowanych powierzchni, zarówno w celu zwiększenia głębokości warstwy pasywacyjnej, jak i stworzenia prawdziwej warstwy pasywacyjnej.
Elektropolerowanie odbywa się pod tzw. warstwą „Jacquet”, która jest spolimeryzowanym siarczynem niklu. Wszystko, co zakłóca tworzenie się warstwy Jacquet, spowoduje wadliwą powierzchnię elektropolerowaną. Zazwyczaj jest to jon, taki jak chlorek lub azotan, który zapobiega tworzeniu się siarczynu niklu. Inne substancje zakłócające to oleje silikonowe, smary, woski i inne węglowodory o długim łańcuchu.
Po elektropolerowaniu rury zostały umyte wodą i dodatkowo pasywowane w gorącym kwasie azotowym. Ta dodatkowa pasywacja jest konieczna, aby usunąć wszelkie pozostałości siarczynu niklu i poprawić stosunek chromu do żelaza na powierzchni. Następnie pasywowane rury zostały umyte wodą procesową, umieszczone w gorącej wodzie dejonizowanej, wysuszone i zapakowane. Jeśli wymagane jest pakowanie w czystym pomieszczeniu, rury są dodatkowo płukane w wodzie dejonizowanej, aż do osiągnięcia określonej przewodności, a następnie suszone gorącym azotem przed pakowaniem.
Najbardziej powszechnymi metodami analizy elektropolerowanych powierzchni są spektroskopia elektronów Augera (AES) i rentgenowska spektroskopia fotoelektronów (XPS) (znana również jako chemiczna spektroskopia elektronowa). AES wykorzystuje elektrony generowane w pobliżu powierzchni do generowania określonego sygnału dla każdego pierwiastka, co daje rozkład pierwiastków z głębokością. XPS wykorzystuje miękkie promienie rentgenowskie, które tworzą widma wiążące, umożliwiając rozróżnienie gatunków cząsteczkowych według stopnia utlenienia.
Wartość chropowatości powierzchni o profilu powierzchni podobnym do wyglądu powierzchni nie oznacza takiego samego wyglądu powierzchni. Większość nowoczesnych profilometrów może raportować wiele różnych wartości chropowatości powierzchni, w tym Rq (znany również jako RMS), Ra, Rt (maksymalna różnica między minimalnym dołem a maksymalnym szczytem), Rz (średnia maksymalna wysokość profilu) i kilka innych wartości. Wyrażenia te uzyskano w wyniku różnych obliczeń przy użyciu pojedynczego przejścia wokół powierzchni za pomocą pióra diamentowego. W tym obejściu część zwana „cutoff” jest wybierana elektronicznie, a obliczenia są oparte na tej części.
Powierzchnie można lepiej opisać, używając kombinacji różnych wartości projektowych, takich jak Ra i Rt, ale nie ma pojedynczej funkcji, która mogłaby odróżnić dwie różne powierzchnie o tej samej wartości Ra. ASME publikuje normę ASME B46.1, która definiuje znaczenie każdej funkcji obliczeniowej.
Aby uzyskać więcej informacji, skontaktuj się z: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Telefon: 262-642-8210.