Ця стаття з двох частин підсумовує ключові моменти статті про електрополірування та анонсує презентацію Тверберга на InterPhex пізніше цього місяця. Сьогодні, в частині 1, ми обговоримо важливість електрополірування труб з нержавіючої сталі, методи електрополірування та аналітичні методи. У другій частині ми представимо найновіші дослідження пасивованих механічно полірованих труб з нержавіючої сталі.
Частина 1: Електрополіровані труби з нержавіючої сталі. Фармацевтична та напівпровідникова промисловість потребує великої кількості електрополірованих труб з нержавіючої сталі. В обох випадках кращим сплавом є нержавіюча сталь 316L. Іноді використовуються сплави нержавіючої сталі з 6% молібдену; сплави C-22 та C-276 важливі для виробників напівпровідників, особливо коли газоподібна соляна кислота використовується як травильник.
Легко характеризуйте поверхневі дефекти, які в іншому випадку були б замасковані в лабіринті поверхневих аномалій, що зустрічаються в більш поширених матеріалах.
Хімічна інертність пасивуючого шару зумовлена ​​тим, що як хром, так і залізо перебувають у ступені окиснення 3+ і не є нульвалентними металами. Механічно поліровані поверхні зберігали високий вміст вільного заліза в плівці навіть після тривалої термічної пасивації азотною кислотою. Сам цей фактор дає електрополірованим поверхням велику перевагу з точки зору довготривалої стабільності.
Ще однією важливою відмінністю між цими двома поверхнями є наявність (у механічно полірованих поверхнях) або відсутність (у електрополірованих поверхнях) легуючих елементів. Механічно поліровані поверхні зберігають основний склад легуючих елементів з незначними втратами інших легуючих елементів, тоді як електрополіровані поверхні містять переважно лише хром та залізо.
Виготовлення електрополірованих труб Щоб отримати гладку електрополіровану поверхню, потрібно почати з гладкої поверхні. Це означає, що ми починаємо з дуже високоякісної сталі, виготовленої для оптимальної зварюваності. Контроль необхідний під час плавлення сірки, кремнію, марганцю та розкислювальних елементів, таких як алюміній, титан, кальцій, магній та дельта-ферит. Смугу необхідно термічно обробити, щоб розчинити будь-які вторинні фази, які можуть утворитися під час затвердіння розплаву або під час обробки за високої температури.
Крім того, найважливішим є тип обробки смуги. Стандарт ASTM A-480 перелічує три комерційно доступні способи обробки поверхні холодної смуги: 2D (відпал на повітрі, травлення та тупокатана прокатка), 2B (відпал на повітрі, травлення валками та полірування валками) та 2BA (яскравий відпал та полірування захисним шаром).
Профілювання, зварювання та регулювання валика повинні ретельно контролюватися, щоб отримати максимально круглу форму труби. Після полірування буде видно навіть найменший підріз зварного шва або рівну лінію валика. Крім того, після електрополірування будуть помітні сліди вальцювання, візерунки вальцювання зварних швів та будь-які механічні пошкодження поверхні.
Після термічної обробки внутрішній діаметр труби необхідно механічно відполірувати, щоб усунути дефекти поверхні, що утворилися під час формування смуги та труби. На цьому етапі вибір смугастої обробки стає критичним. Якщо згин занадто глибокий, з поверхні внутрішнього діаметра труби необхідно видалити більше металу, щоб отримати гладку трубу. Якщо шорсткість неглибока або відсутня, потрібно видалити менше металу. Найкраща електрополірована обробка, зазвичай у діапазоні 5 мікродюймів або більш гладка, досягається поздовжнім стрічковим поліруванням труб. Цей тип полірування видаляє більшу частину металу з поверхні, зазвичай у діапазоні 0,001 дюйма, тим самим усуваючи межі зерен, поверхневі дефекти та утворені дефекти. Вихрове полірування видаляє менше матеріалу, створює «каламутну» поверхню та зазвичай забезпечує вищий Ra (середня шорсткість поверхні) у діапазоні 10–15 мікродюймів.
Електрополірування Електрополірування – це зворотне покриття. Розчин для електрополірування перекачується по внутрішньому діаметру трубки, поки катод протягується через трубку. Метал бажано видаляти з найвищих точок поверхні. Процес «сподівається» оцинковувати катод металом, який розчиняється зсередини трубки (тобто анода). Важливо контролювати електрохімію, щоб запобігти катодному покриттю та підтримувати правильну валентність для кожного іона.
Під час електрополірування на поверхні анода або нержавіючої сталі утворюється кисень, а на поверхні катода – водень. Кисень є ключовим інгредієнтом у створенні особливих властивостей електрополірованих поверхонь, як для збільшення глибини пасиваційного шару, так і для створення справжнього пасиваційного шару.
Електрополірування відбувається під так званим шаром «Жаке», який являє собою полімеризований сульфіт нікелю. Будь-що, що перешкоджає утворенню шару Жаке, призведе до дефектної електрополірованої поверхні. Зазвичай це іон, такий як хлорид або нітрат, який запобігає утворенню сульфіту нікелю. Іншими речовинами, що перешкоджають утворенню, є силіконові олії, мастила, віск та інші довголанцюгові вуглеводні.
Після електрополірування трубки промивали водою та додатково пасивували в гарячій азотній кислоті. Ця додаткова пасивація необхідна для видалення залишкового сульфіту нікелю та покращення співвідношення хрому до заліза на поверхні. Наступні пасивовані трубки промивали технічною водою, поміщали в гарячу деіонізовану воду, сушили та упаковували. Якщо потрібне пакування в чистій кімнаті, трубки додатково промивали в деіонізованій воді до досягнення заданої провідності, а потім сушили гарячим азотом перед пакуванням.
Найпоширенішими методами аналізу електрополірованих поверхонь є Оже-електронна спектроскопія (AES) та рентгенівська фотоелектронна спектроскопія (XPS) (також відома як електронна спектроскопія хімічного аналізу). AES використовує електрони, що генеруються поблизу поверхні, для генерації специфічного сигналу для кожного елемента, що дає розподіл елементів за глибиною. XPS використовує м'які рентгенівські промені, які створюють спектри зв'язування, що дозволяє розрізняти молекулярні види за ступенем окислення.
Значення шорсткості поверхні з профілем поверхні, подібним до зовнішнього вигляду поверхні, не означає однаковий зовнішній вигляд поверхні. Більшість сучасних профілографів можуть повідомляти про багато різних значень шорсткості поверхні, включаючи Rq (також відомий як RMS), Ra, Rt (максимальна різниця між мінімальною западиною та максимальним піком), Rz (середня максимальна висота профілю) та кілька інших значень. Ці вирази були отримані в результаті різних розрахунків з використанням одного проходу по поверхні алмазним пером. У цьому обході частина, яка називається «відсіканням», вибирається електронним способом, і розрахунки базуються на цій частині.
Поверхні можна краще описати, використовуючи комбінації різних розрахункових значень, таких як Ra та Rt, але не існує єдиної функції, яка могла б розрізнити дві різні поверхні з однаковим значенням Ra. ASME публікує стандарт ASME B46.1, який визначає значення кожної розрахункової функції.
Для отримання додаткової інформації звертайтеся до: Джона Тверберга, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Телефон: 262-642-8210.