工业用卫生级管材的表面精整和抛光工艺

作者:本网编辑 文章来源:《流程工业》(制药) 点击数:554 发布时间:2010-07-05


图1 左图为SEM照片显微图,美国瑞吉公司精轧管材的内表面,放大倍数为1000 X。该样品的表面光洁度值为12μinch Ra。右图为SEM照片显微图,美国瑞吉公司机械抛光管材的内表面,采用传统的180粗砂SiC磨料,放大倍数为1000 X。该样品的表面光洁度值为10μinch Ra。

在业界有很多关于什么是最适合的表面光洁度的争论。对于此类问题,最有发言权的还是熟知产品特定应用及特性的用户。在本文中,美国瑞吉公司针对在卫生行业应用中如何评估卫生管材的表面精整以及抛光处理的适用性问题作了简要总结。

在卫生级设备应用中,很多种不同的表面处理要求满足每个行业的特定需求。因此,对于所有的细分市场,没有一个特定的表面光洁度是适合于所有行业的。对于特定应用,恰当的表面处理取决于应用的关键特性。一般而言,卫生行业都需要进行表面加工提高可清洁性、可灭菌性和耐腐蚀性,优先级别取决于特定应用以及相关的环境条件。

加工工艺的发展

传统的制造方法,需要采用后期加工工艺来去除在制造过程中产生的有害状况。直到上世纪80年代,常用的对不锈钢材料进行的固溶退火热处理,是将产品在空气中加热至临界温度,然后采用水淬火以达到必要的快速冷却率。该工艺的不理想之处是会形成氧化物锈皮,必须通过机械研磨抛光或通过化学酸洗方式去除氧化物锈皮。无论采用那种工艺,都必须除去部分基材,以确保去除已渗透至表面晶界附近的氧化物。这种酸洗操作通常会导致不规则的蚀刻和凹痕表面,需使用碳化硅或氧化铝磨料进行机械抛光,对表面进行光滑处理,以达到更加规则和一致的表面抛光。


图2 左图为SEM照片显微图,美国瑞吉公司机械抛光管材的内表面,采用180粗砂无纺磨料,放大倍数为1000 X。该样品的表面光洁度值为9μinch Ra。右图为SEM照片显微图,美国瑞吉公司机械抛光管材的内表面,采用传统的180粗砂SiC磨料,放大倍数为1000 X。该样品的表面光洁度值为10μinch Ra。与抛光表面相比,所示的E-Coli细菌群落的长度约为2μm。

更为现代的热处理加工工艺中,会将产品放在受保护的、中性可控的或减少空气的环境中加热至临界温度,并使用含少量氧或不含氧的惰性气体进行快速气体冷却,以防止有害氧化物锈皮的形成。此外,采用现代先进的滚轧和拉拔工艺技术,可获得十分精细的光洁表面,特别是对不锈钢材料。对于目前钢厂生产的各种不锈钢产品,其表面光洁度已低于10μinch(0.25μm)Ra。

什么是最适合的表面光洁度

在业界有很多关于什么是最适合的表面光洁度的争论。对于此类问题,最有发言权的还是熟知产品特定应用及特性的用户。


图3 SEM照片显微图,美国瑞吉公司电抛光管的内表面,放大倍数为1000 X。该样品的表面粗糙度值为3μinch Ra。

在食品加工和制药行业等常见的流体应用中,需要一定的湍流确保颗粒成悬浮状态,以保证产品的均一性,并在特定情形下防止在金属表面形成生物膜。一些欧洲研究表明,理想的表面光洁度既能够提高湍流,同时又能保证充分的清洁性和无菌性。这个表面光洁度的范围约为5~15μinch Ra。同样也需要对表面结构进行控制,以便在清洁循环过程中去除有害物质。在大多数食品和制药行业应用中,这类有害物质是某种形式的细菌。对于具有较高纵横比(窄和深)的非典型和不规则部分,如由污染物或粗糙抛光研磨料形成的V型或方底凹痕处,以及正常的金属晶粒边缘都可能藏匿细菌,并形成利于细菌生长的适宜环境。反之,如果具有较低纵横比(宽和浅)的表面,可通过冲洗使污染物脱离表面以及尽量使污染物黏附的表面积达到最小。

在图1、图2、图3中,给出了某些典型表面加工的微观特性。它们是用电子显微镜(SEM)扫描管材实际表面得到的照片,这些管材表面采用不同的加工处理方法,通过这些图,能够帮助读者更好地确定最适合其应用的表面加工方法。