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Jul 01, 2023

Tubería electropulida y pulida mecánicamente, parte 1

Este artículo de dos partes resume los puntos importantes del papel de electropulido y adelanta la presentación de Tverberg en InterPhex a finales de este mes. Hoy, en la Parte 1, examinamos la importancia de

Este artículo de dos partes resume los puntos importantes del papel de electropulido y adelanta la presentación de Tverberg en InterPhex a finales de este mes. Hoy, en la Parte 1, examinamos la importancia del electropulido de tubos de acero inoxidable, las técnicas de electropulido y los métodos analíticos. En la Parte 2 presentamos un avance de las últimas investigaciones sobre pasivación de tubos de acero inoxidable pulidos mecánicamente.

Parte 1: Tubos de acero inoxidable electropulidos Las industrias farmacéutica y de semiconductores requieren grandes cantidades de tubos de acero inoxidable electropulidos internamente. En ambos casos, el acero inoxidable tipo 316L es la aleación elegida. Ocasionalmente se utilizan aleaciones inoxidables con un 6 por ciento de molibdeno; Las aleaciones C-22 y C-276 son importantes para los fabricantes de semiconductores, especialmente cuando se utiliza gas ácido clorhídrico como agente decapante.

Los tubos electropulidos se especifican para muchas aplicaciones debido a:

Fácil caracterización de defectos superficiales que de otro modo quedarían enmascarados en el laberinto de anomalías superficiales que se encuentran en materiales más comunes.

La inercia química de la capa pasiva se debe a que tanto el cromo como el hierro se encuentran en el estado de oxidación 3+ en lugar de metales cerovalentes. Las superficies pulidas mecánicamente, incluso después de una pasivación prolongada con ácido nítrico caliente, aún retienen altos niveles de hierro libre en la película. Este factor por sí solo confiere a las superficies electropulidas una gran ventaja en cuanto a estabilidad a largo plazo.

Otra diferencia importante entre las dos superficies es la presencia (en superficies pulidas mecánicamente) o ausencia (en superficies electropulidas) de elementos de aleación. Las superficies pulidas mecánicamente retienen la composición de la aleación básica con sólo un ligero agotamiento de los otros elementos de la aleación, mientras que las superficies electropulidas contienen esencialmente sólo cromo y hierro.

Fabricación de tubos electropulidos Para producir una superficie electropulida lisa es necesario comenzar con una superficie lisa. Esto significa comenzar con acero de muy alta calidad, fabricado para lograr la mejor soldabilidad. Durante la fundición es necesario controlar el azufre, el silicio, el manganeso y los elementos desoxidantes (p. ej., Al, Ti, Ca, Mg) y la ferrita delta. La tira debe ser tratada térmicamente para disolver todas las segundas fases que puedan originarse durante la solidificación de la masa fundida o que puedan formarse durante el procesamiento a alta temperatura.

Asimismo, el tipo de acabado del listón es lo más importante. En ASTM A-480 se especifican tres acabados superficiales de tiras laminadas en frío disponibles comercialmente: 2D (recocido al aire, decapado y acabado con rollos sin filo); 2B (recocido al aire, decapado y acabado con rodillos pulidos); y 2BA (atmósfera protectora recocido brillante y acabado con rollos pulidos).

El perfilado, la soldadura y el acondicionamiento de los cordones deben controlarse cuidadosamente para producir un tubo lo más redondo posible. Incluso el más mínimo corte de soldadura o línea de nivelación del cordón de soldadura será visible después del pulido. Del mismo modo, las marcas de perfilado, los patrones de soldadura y cualquier daño mecánico a las superficies serán evidentes después del electropulido.

Después del tratamiento térmico, el diámetro interior del tubo debe pulirse mecánicamente para eliminar las imperfecciones de la superficie que surgen de la tira y del proceso de formación del tubo. En este paso es donde la selección del acabado del decapado se vuelve crítica. Si la rugosidad es demasiado profunda, se debe quitar más metal de la superficie del diámetro interior del tubo para producir un tubo liso. Si la rugosidad es superficial o inexistente, entonces se debe eliminar menos metal. Los mejores acabados de electropulido, generalmente en el rango de 5 micropulgadas o más suaves, se obtienen a partir de tubos pulidos con cinta longitudinal. Este tipo de pulido elimina la mayor parte del metal de la superficie, generalmente en el rango de 0,001 pulgadas, eliminando así los límites de grano, los defectos de la superficie y la formación de imperfecciones. El pulido por remolino elimina menos material, produce una superficie "manchada" y generalmente proporciona un Ra (rugosidad superficial promedio) más alto en el rango de 10 a 15 micropulgadas.

ElectropulidoEl electropulido es simplemente galvanoplastia a la inversa. La solución de electropulido se bombea a través del diámetro interior del tubo mientras se pasa un cátodo a través del tubo. El metal se retira preferentemente de los puntos más altos de la superficie. El proceso "quiere" recubrir el cátodo con el metal disuelto del interior del tubo, que es el ánodo. Es importante controlar la electroquímica para evitar el recubrimiento catódico y mantener la valencia adecuada para cada uno de los iones.

Durante el electropulido se genera oxígeno en el ánodo o superficie de acero inoxidable y se genera hidrógeno en la superficie del cátodo. El oxígeno es un componente crítico en la creación de propiedades especiales de las superficies electropulidas, tanto para aumentar la profundidad de la capa pasiva como para producir una verdadera capa pasiva.

El electropulido se produce bajo una capa llamada "Jacquet" que parece ser sulfito de níquel polimerizado. Cualquier cosa que impida la formación de la capa de Jacquet provoca una superficie electropulida defectuosa. Normalmente se trata de un ion, como cloruro o nitrato, que previene la formación de sulfito de níquel. Otros interferentes son los aceites de silicona, grasas, ceras y otros hidrocarburos de cadena larga.

Después del electropulido, los tubos se enjuagan con agua y luego se pasivan en ácido nítrico caliente. Esta pasivación adicional es necesaria para eliminar cualquier sulfito de níquel residual y mejorar la relación superficial de cromo a hierro. Después de la pasivación, los tubos se enjuagan con agua de proceso, se colocan en agua desionizada caliente, se secan y se empaquetan. Si se requiere un embalaje en sala limpia, los tubos se enjuagan adicionalmente con agua desionizada hasta que se alcance una conductividad especificada y luego se secan con gas nitrógeno caliente antes de empaquetarlos.

Las técnicas más comunes para analizar superficies electropulidas son la espectroscopia de electrones Auger (AES) y la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) (también conocida como espectroscopia de electrones para análisis químicos). AES, que utiliza electrones generados cerca de la superficie para generar una señal específica para cada elemento, proporciona un perfil elemental en función de la profundidad. XPS utiliza rayos X suaves que producen espectros de energía de enlace que permiten la diferenciación de especies moleculares por número de oxidación.

Perfil de la superficie frente a apariencia de la superficie Valores de rugosidad de la superficie similares no significan que la apariencia de la superficie sea la misma. La mayoría de los perfilómetros actuales pueden informar varios valores diferentes de rugosidad de la superficie, incluidos Rq (también llamado rms), Ra, Rt (diferencia máxima en el valle mínimo y el pico máximo), Rz (altura máxima promedio del perfil) y varios otros. Estas expresiones se derivan de varios cálculos realizados a partir de un único recorrido de la superficie con un lápiz de diamante. Dentro de este recorrido se selecciona electrónicamente una porción, llamada "corte", en la que se basan los cálculos.

Es posible utilizar una combinación de diferentes valores calculados, por ejemplo Ra y Rt, para describir mejor una superficie, pero no existe una función única que pueda diferenciar entre dos superficies diferentes con el mismo valor Ra. La ASME publica una norma, ASME B46.1, que define el significado de cada función calculada.

Para obtener más información, comuníquese con: John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Tel: 262-642-8210.

Editado por Ángelo DePalma.

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