Tento dvojdielny článok sumarizuje kľúčové body článku o elektrolytickom leštení a predstavuje ukážku Tverbergovej prezentácie na InterPhexe koncom tohto mesiaca. Dnes sa v 1. časti budeme venovať dôležitosti elektrolytického leštenia nerezových rúrok, technikám elektrolytického leštenia a analytickým metódam. V druhej časti predstavíme najnovší výskum pasivovaných mechanicky leštených nerezových rúrok.
Časť 1: Elektrolyticky leštené rúry z nehrdzavejúcej ocele Farmaceutický a polovodičový priemysel potrebuje veľké množstvo elektrolyticky leštených rúr z nehrdzavejúcej ocele. V oboch prípadoch je preferovanou zliatinou nehrdzavejúca oceľ 316L. Niekedy sa používajú zliatiny nehrdzavejúcej ocele so 6 % molybdénu; zliatiny C-22 a C-276 sú dôležité pre výrobcov polovodičov, najmä ak sa ako leptadlo používa plynná kyselina chlorovodíková.
Ľahko charakterizujte povrchové defekty, ktoré by inak zostali maskované v bludisku povrchových anomálií nachádzajúcich sa v bežnejších materiáloch.
Chemická inertnosť pasivačnej vrstvy je spôsobená tým, že chróm aj železo sú v oxidačnom stave 3+ a nie sú to kovy s nulovou valenciou. Mechanicky leštené povrchy si udržali vysoký obsah voľného železa vo filme aj po dlhšej tepelnej pasivácii kyselinou dusičnou. Už len tento faktor dáva elektrolyticky lešteným povrchom veľkú výhodu z hľadiska dlhodobej stability.
Ďalším dôležitým rozdielom medzi týmito dvoma povrchmi je prítomnosť (v prípade mechanicky leštených povrchov) alebo neprítomnosť (v prípade elektrolyticky leštených povrchov) legujúcich prvkov. Mechanicky leštené povrchy si zachovávajú hlavné zloženie legujúcich prvkov s malou stratou ostatných legujúcich prvkov, zatiaľ čo elektrolyticky leštené povrchy obsahujú prevažne iba chróm a železo.
Výroba elektrolyticky leštených rúr Na dosiahnutie hladkého elektrolyticky lešteného povrchu je potrebné začať s hladkým povrchom. To znamená, že začíname s veľmi kvalitnou oceľou, vyrobenou pre optimálnu zvariteľnosť. Pri tavení síry, kremíka, mangánu a deoxidačných prvkov, ako je hliník, titán, vápnik, horčík a delta ferit, je potrebná kontrola. Pás musí byť tepelne spracovaný, aby sa rozpustili všetky sekundárne fázy, ktoré sa môžu vytvoriť počas tuhnutia taveniny alebo počas spracovania pri vysokej teplote.
Okrem toho je najdôležitejší typ povrchovej úpravy pásu. Norma ASTM A-480 uvádza tri komerčne dostupné povrchové úpravy pásu za studena: 2D (žíhané na vzduchu, morené a valcované zatupenia), 2B (žíhané na vzduchu, morené valcovaním a leštené valcovaním) a 2BA (žihané v lesklom svetle a leštené v tienenej atmosfére).
Profilovanie, zváranie a nastavenie húsenice musia byť starostlivo kontrolované, aby sa dosiahla čo najkruhlejšia rúra. Po leštení bude viditeľný aj najmenší podrezanie zvaru alebo rovná línia húsenice. Okrem toho budú po elektrolytickom leštení zrejmé stopy valcovania, valcovacie vzory zvarov a akékoľvek mechanické poškodenie povrchu.
Po tepelnom spracovaní musí byť vnútorný priemer rúry mechanicky vyleštený, aby sa odstránili povrchové chyby vytvorené počas tvarovania pásu a rúry. V tejto fáze je výber povrchovej úpravy pásu kritický. Ak je prehyb príliš hlboký, z povrchu vnútorného priemeru rúry sa musí odstrániť viac kovu, aby sa dosiahla hladká rúra. Ak je drsnosť malá alebo chýba, je potrebné odstrániť menej kovu. Najlepšia elektrolyticky leštená povrchová úprava, zvyčajne v rozsahu 5 mikropalcov alebo hladšia, sa dosiahne pozdĺžnym pásovým leštením rúr. Tento typ leštenia odstraňuje väčšinu kovu z povrchu, zvyčajne v rozsahu 0,001 palca, čím sa odstraňujú hranice zŕn, povrchové nedokonalosti a vytvorené chyby. Vírivé leštenie odstraňuje menej materiálu, vytvára „zakalený“ povrch a zvyčajne produkuje vyššiu Ra (priemernú drsnosť povrchu) v rozsahu 10 – 15 mikropalcov.
Elektroleštenie Elektroleštenie je len spätný náter. Elektroleštiaci roztok sa čerpá po vnútornom priemere trubice, zatiaľ čo katóda sa ťahá cez trubicu. Kov sa najlepšie odstraňuje z najvyšších bodov na povrchu. Proces „dúfa“, že katódu galvanicky zinkuje kovom, ktorý sa rozpúšťa zvnútra trubice (t. j. anódy). Je dôležité kontrolovať elektrochémiu, aby sa zabránilo katódovému náteru a aby sa zachovala správna valencia pre každý ión.
Počas elektrolytického leštenia sa na povrchu anódy alebo nehrdzavejúcej ocele tvorí kyslík a na povrchu katódy sa tvorí vodík. Kyslík je kľúčovou zložkou pri vytváraní špeciálnych vlastností elektrolyticky leštených povrchov, a to ako pri zväčšovaní hĺbky pasivačnej vrstvy, tak aj pri vytváraní skutočnej pasivačnej vrstvy.
Elektrolytické leštenie prebieha pod takzvanou „Jacquetovou“ vrstvou, ktorá je polymerizovaným siričitanom nikelnatým. Čokoľvek, čo narúša tvorbu Jacquetovej vrstvy, bude mať za následok chybný elektrolyticky leštený povrch. Zvyčajne ide o ión, ako je chlorid alebo dusičnan, ktorý zabraňuje tvorbe siričitanu nikelnatého. Ďalšími rušivými látkami sú silikónové oleje, tuky, vosky a iné uhľovodíky s dlhým reťazcom.
Po elektrolytickom leštení boli trubice premyté vodou a dodatočne pasivované v horúcej kyseline dusičnej. Táto dodatočná pasivácia je nevyhnutná na odstránenie akéhokoľvek zvyškového siričitanu nikelnatého a na zlepšenie pomeru povrchového chrómu k železu. Následne pasivované trubice boli premyté procesnou vodou, umiestnené do horúcej deionizovanej vody, vysušené a zabalené. Ak sa vyžaduje balenie do čistých priestorov, trubica sa dodatočne prepláchne v deionizovanej vode, kým sa nedosiahne požadovaná vodivosť, a potom sa pred zabalením vysuší horúcim dusíkom.
Najbežnejšie metódy analýzy elektrolyticky leštených povrchov sú Augerova elektrónová spektroskopia (AES) a röntgenová fotoelektrónová spektroskopia (XPS) (známa aj ako chemická analytická elektrónová spektroskopia). AES využíva elektróny generované v blízkosti povrchu na generovanie špecifického signálu pre každý prvok, čo poskytuje rozloženie prvkov s hĺbkou. XPS využíva mäkké röntgenové lúče, ktoré vytvárajú väzbové spektrá, čo umožňuje rozlišovať molekulárne druhy podľa oxidačného stavu.
Hodnota drsnosti povrchu s profilom povrchu podobným vzhľadu povrchu neznamená rovnaký vzhľad povrchu. Väčšina moderných profilomerov dokáže zaznamenať mnoho rôznych hodnôt drsnosti povrchu, vrátane Rq (tiež známej ako RMS), Ra, Rt (maximálny rozdiel medzi minimálnym prepadom a maximálnym vrcholom), Rz (priemerná maximálna výška profilu) a niekoľkých ďalších hodnôt. Tieto výrazy boli získané ako výsledok rôznych výpočtov s použitím jediného prechodu diamantovým perom po povrchu. Pri tomto obídení sa elektronicky vyberie časť nazývaná „hranica“ a výpočty sú založené na tejto časti.
Povrchy sa dajú lepšie opísať pomocou kombinácií rôznych návrhových hodnôt, ako sú Ra a Rt, ale neexistuje žiadna samostatná funkcia, ktorá by dokázala rozlíšiť medzi dvoma rôznymi povrchmi s rovnakou hodnotou Ra. ASME publikuje normu ASME B46.1, ktorá definuje význam každej výpočtovej funkcie.
Pre viac informácií kontaktujte: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Telefón: 262-642-8210.