Este artigo em duas partes resume os pontos principais do artigo sobre eletropolimento e apresenta uma prévia da apresentação de Tverberg na InterPhex, que acontecerá ainda este mês. Hoje, na Parte 1, discutiremos a importância do eletropolimento de tubos de aço inoxidável, técnicas de eletropolimento e métodos analíticos. Na segunda parte, apresentamos as pesquisas mais recentes sobre tubos de aço inoxidável passivados e polidos mecanicamente.
Parte 1: Tubos de Aço Inoxidável Eletropolidos As indústrias farmacêutica e de semicondutores necessitam de um grande número de tubos de aço inoxidável eletropolidos. Em ambos os casos, o aço inoxidável 316L é a liga preferida. Ligas de aço inoxidável com 6% de molibdênio são algumas vezes utilizadas; as ligas C-22 e C-276 são importantes para os fabricantes de semicondutores, especialmente quando o ácido clorídrico gasoso é usado como agente de corrosão.
Caracterize facilmente defeitos de superfície que, de outra forma, ficariam mascarados no labirinto de anomalias de superfície encontradas em materiais mais comuns.
A inércia química da camada de passivação se deve ao fato de que tanto o cromo quanto o ferro estão no estado de oxidação 3+ e não são metais zerovalentes. Superfícies polidas mecanicamente retiveram um alto teor de ferro livre na película, mesmo após passivação térmica prolongada com ácido nítrico. Esse fator por si só confere às superfícies eletropolidas uma grande vantagem em termos de estabilidade a longo prazo.
Outra diferença importante entre as duas superfícies é a presença (em superfícies polidas mecanicamente) ou ausência (em superfícies eletropolidas) de elementos de liga. As superfícies polidas mecanicamente retêm a principal composição de liga com pouca perda de outros elementos de liga, enquanto as superfícies eletropolidas contêm principalmente cromo e ferro.
Fabricação de tubos eletropolidos. Para obter uma superfície eletropolida lisa, é necessário começar com uma superfície lisa. Isso significa que utilizamos aço de altíssima qualidade, fabricado para soldabilidade ideal. É necessário controle na fusão de enxofre, silício, manganês e elementos desoxidantes como alumínio, titânio, cálcio, magnésio e ferrita delta. A tira deve ser tratada termicamente para dissolver quaisquer fases secundárias que possam se formar durante a solidificação da fusão ou durante o processamento em alta temperatura.
Além disso, o tipo de acabamento da faixa é o mais importante. A norma ASTM A-480 lista três acabamentos de superfície de tiras a frio disponíveis comercialmente: 2D (recozido ao ar, decapado e laminado sem corte), 2B (recozido ao ar, decapado em rolo e polido em rolo) e 2BA (recozido brilhante e polido em escudo). atmosfera). rolos).
O perfilamento, a soldagem e o ajuste do cordão devem ser cuidadosamente controlados para obter o tubo mais redondo possível. Após o polimento, até mesmo o menor rebaixo na solda ou uma linha plana no cordão serão visíveis. Além disso, após o eletropolimento, traços de laminação, padrões de laminação das soldas e quaisquer danos mecânicos na superfície serão evidentes.
Após o tratamento térmico, o diâmetro interno do tubo deve ser polido mecanicamente para eliminar defeitos superficiais formados durante a formação da tira e do tubo. Nesta fase, a escolha do acabamento da tira torna-se crítica. Se a dobra for muito profunda, mais metal deve ser removido da superfície do diâmetro interno do tubo para obter um tubo liso. Se a rugosidade for rasa ou ausente, menos metal precisa ser removido. O melhor acabamento eletropolido, tipicamente na faixa de 5 micropolegadas ou mais liso, é obtido pelo polimento longitudinal de bandas dos tubos. Este tipo de polimento remove a maior parte do metal da superfície, tipicamente na faixa de 0,001 polegada, removendo assim contornos de grãos, imperfeições superficiais e defeitos formados. O polimento giratório remove menos material, cria uma superfície "turva" e normalmente produz um Ra (rugosidade superficial média) mais alto na faixa de 10 a 15 micropolegadas.
Eletropolimento: O eletropolimento nada mais é do que um revestimento reverso. Uma solução de eletropolimento é bombeada sobre o diâmetro interno do tubo enquanto o cátodo é aspirado através do tubo. O metal é preferencialmente removido dos pontos mais altos da superfície. O processo "espera" galvanizar o cátodo com metal que se dissolve de dentro do tubo (ou seja, o ânodo). É importante controlar a eletroquímica para evitar o revestimento catódico e manter a valência correta para cada íon.
Durante o eletropolimento, o oxigênio é formado na superfície do ânodo ou do aço inoxidável, e o hidrogênio é formado na superfície do cátodo. O oxigênio é um ingrediente essencial na criação das propriedades especiais das superfícies eletropolidas, tanto para aumentar a profundidade da camada de passivação quanto para criar uma verdadeira camada de passivação.
O eletropolimento ocorre sob a chamada camada "Jacquet", que é um sulfito de níquel polimerizado. Qualquer coisa que interfira na formação da camada Jacquet resultará em uma superfície eletropolida defeituosa. Geralmente, trata-se de um íon, como cloreto ou nitrato, que impede a formação de sulfito de níquel. Outras substâncias interferentes são óleos de silicone, graxas, ceras e outros hidrocarbonetos de cadeia longa.
Após o eletropolimento, os tubos foram lavados com água e adicionalmente passivados em ácido nítrico quente. Essa passivação adicional é necessária para remover qualquer sulfito de níquel residual e melhorar a relação cromo-ferro da superfície. Os tubos passivados subsequentemente foram lavados com água de processo, colocados em água deionizada quente, secos e embalados. Caso seja necessária a embalagem em sala limpa, os tubos são adicionalmente enxaguados em água deionizada até que a condutividade especificada seja atingida e, em seguida, secos com nitrogênio quente antes da embalagem.
Os métodos mais comuns para analisar superfícies eletropolidas são a espectroscopia eletrônica Auger (AES) e a espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) (também conhecida como espectroscopia eletrônica de análise química). A AES utiliza elétrons gerados próximos à superfície para gerar um sinal específico para cada elemento, o que fornece uma distribuição dos elementos em profundidade. A XPS utiliza raios X suaves que criam espectros de ligação, permitindo a distinção de espécies moleculares por estado de oxidação.
Um valor de rugosidade superficial com um perfil de superfície semelhante à aparência da superfície não significa a mesma aparência superficial. A maioria dos perfiladores modernos pode relatar diversos valores de rugosidade superficial, incluindo Rq (também conhecido como RMS), Ra, Rt (diferença máxima entre o vale mínimo e o pico máximo), Rz (altura máxima média do perfil) e vários outros valores. Essas expressões foram obtidas como resultado de vários cálculos usando uma única passada ao redor da superfície com uma caneta diamantada. Nesse desvio, uma parte chamada "corte" é selecionada eletronicamente e os cálculos são baseados nessa parte.
As superfícies podem ser melhor descritas usando combinações de diferentes valores de projeto, como Ra e Rt, mas não existe uma função única que possa distinguir entre duas superfícies diferentes com o mesmo valor de Ra. A ASME publica a norma ASME B46.1, que define o significado de cada função de cálculo.
Para mais informações, entre em contato com: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Telefone: 262-642-8210.