電解研磨および機械研磨されたチューブ、パート 1

この 2 部構成の記事では、電解研磨紙の重要なポイントを要約し、今月後半の InterPhex での Tverberg のプレゼンテーションのプレビューを紹介します。 今日のパート 1 では、ステンレス鋼チューブの電解研磨の重要性、電解研磨技術、および分析方法を検討します。 パート 2 では、機械的に研磨されたステンレスチューブの不動態化に関する最新の研究のプレビューを紹介します。

パート 1: 電解研磨されたステンレス鋼チューブ製薬および半導体産業では、大量の内部電解研磨されたステンレス鋼チューブが必要です。 どちらの場合も、タイプ 316L ステンレス鋼が最適な合金です。 場合によっては、6% のモリブデン ステンレス合金が使用されます。 合金 C-22 および C-276 は、特に塩酸ガスをエッチング液として使用する場合、半導体メーカーにとって重要です。

電解研磨されたチューブは、次の理由により多くの用途に指定されています。

より一般的な材料に見られる表面異常の迷路の中で隠れてしまう表面欠陥の特徴を簡単に評価できます。

不動態層の化学的不活性は、クロムと鉄の両方がゼロ価金属としてではなく、3+ 酸化状態にあることに起因します。 機械的に研磨された表面は、長時間にわたる高温の硝酸不動態化の後であっても、膜中に依然として高レベルの遊離鉄を保持しています。 この要因だけでも、電解研磨された表面の長期安定性において大きな利点が得られます。

2 つの表面のもう 1 つの大きな違いは、合金元素の存在 (機械研磨表面) または非存在 (電解研磨表面) です。 機械研磨された表面は、他の合金元素がわずかに減少するだけで基本的な合金組成を保持しますが、電解研磨された表面には本質的にクロムと鉄のみが含まれます。

電解研磨されたチューブの作成滑らかな電解研磨された表面を作成するには、滑らかな表面から始める必要があります。 これは、最高の溶接性を実現するために製造された非常に高品質の鋼から始めることを意味します。 製錬中は、硫黄、シリコン、マンガン、脱酸元素 (Al、Ti、Ca、Mg など) とデルタ フェライトを制御する必要があります。 ストリップは、溶融物の凝固中に発生する可能性のある、または高温処理中に形成される可能性のあるすべての第 2 相を溶解するために熱処理する必要があります。

同様に、ストリップ仕上げの種類も最も重要です。 ASTM A-480 では、3 つの市販の冷間圧延ストリップ表面仕上げが指定されています。 2B (空気焼きなまし、酸洗、研磨ロール仕上げ)。 および 2BA (保護雰囲気光輝焼鈍し、研磨ロールで仕上げ)。

ロール成形、溶接、ビードの調整はすべて、できるだけ丸いチューブを製造するために慎重に制御する必要があります。 研磨後は、溶接のアンダーカットや溶接ビードのレベリング ラインがわずかでも目立ちます。 同様に、ロールフォーミングマーク、溶接ロールダウンパターン、および表面への機械的損傷は、電解研磨後に明らかになります。

熱処理後、チューブ ID を機械的に研磨して、ストリップやチューブ形成プロセスから生じる表面の欠陥を除去する必要があります。 このステップでは、ストリップ仕上げの選択が重要になります。 しわが深すぎる場合は、滑らかなチューブを製造するために、チューブの ID 表面からより多くの金属を除去する必要があります。 しわが浅い場合、または存在しない場合は、除去する必要がある金属の量が少なくなります。 最良の電解研磨仕上げは、一般に 5 マイクロインチ以上の範囲で、長手方向にベルト研磨されたチューブから得られます。 このタイプの研磨では、表面からほとんどの金属（通常は 0.001 インチの範囲）が除去され、それによって粒界、表面欠陥、形成された欠陥が除去されます。 スワール研磨では除去する材料が少なく、「汚れた」表面が生成され、一般に 10 ～ 15 マイクロインチの範囲のより高い Ra (平均表面粗さ) が得られます。

電解研磨電解研磨は、単純に逆の電気メッキです。 電解研磨溶液は、陰極がチューブを通して引かれている間、チューブの内径を通してポンプで送られます。 金属は表面の最も高い点から優先的に除去されます。 このプロセスでは、陽極であるチューブ内部から溶解した金属で陰極をメッキすることが「望まれます」。 電気化学を制御して陰極メッキを防止し、各イオンの適切な価数を維持することが重要です。

電解研磨中、酸素がアノードまたはステンレス鋼表面で生成され、水素がカソード表面で生成されます。 酸素は、不動態層の深さを増し、真の不動態層を生成するために、電解研磨された表面の特殊な特性を作り出す上で重要な成分です。

電解研磨は、重合した亜硫酸ニッケルのように見える、いわゆる「ジャケ」層の下で行われます。 ジャケ層の形成を妨げるものがあると、電解研磨された表面に欠陥が生じます。 通常、これは、亜硫酸ニッケルの生成を防ぐ塩化物や硝酸塩などのイオンです。 他の干渉物質としては、シリコン オイル、グリース、ワックス、その他の長鎖炭化水素があります。

電解研磨後、チューブを水ですすぎ、さらに熱硝酸で不動態化します。 この追加の不動態化は、残留する亜硫酸ニッケルを除去し、クロムと鉄の表面比を改善するために必要です。 不動態化に続いて、チューブをプロセス水ですすぎ、熱い脱イオン水に入れ、乾燥させ、梱包します。 クリーンルーム包装が必要な場合は、指定された導電率が満たされるまでチューブをさらに脱イオン水ですすぎ、包装前に高温の窒素ガスで乾燥させます。

電解研磨された表面を分析するための最も一般的な技術は、オージェ電子分光法 (AES) および X 線光電子分光法 (XPS) (化学分析用の電子分光法としても知られています) です。 AES は、表面近くで生成された電子を使用して各元素に特定の信号を生成し、深さの関数として元素プロファイルを与えます。 XPS は、酸化数による分子種の区別を可能にする結合エネルギー スペクトルを生成する軟 X 線を使用します。

表面プロファイルと表面の外観 表面粗さの値が似ていても、表面の外観が同じであることを意味するわけではありません。 今日のほとんどの表面粗さ計は、Rq (rms とも呼ばれる)、Ra、Rt (最小谷と最大頂点の最大差)、Rz (プロファイルの最大高さの平均) など、さまざまな表面粗さの値を報告できます。 これらの式は、ダイヤモンド スタイラスによる表面の 1 回の移動から行われるさまざまな計算によって導出されます。 このトラバース内で、計算の基礎となる「カットオフ」と呼ばれる部分が電子的に選択されます。

異なる計算値 (Ra と Rt など) を組み合わせて使用​​すると、表面をより適切に表現できますが、同じ Ra 値を持つ 2 つの異なる表面を区別できる単一の関数はありません。 ASME は、各計算関数の意味を定義する標準 ASME B46.1 を発行しています。

詳細については、John Tverberg、Trent Tube、2015 Energy Dr.、私書箱 77、East Troy、WI 53120 までお問い合わせください。電話: 262-642-8210。

アンジェロ・デパルマ編集

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