Control of AISI 316L SS surface roughness after magnetoelectrochemical polishing MEP treatment within the transpassive region of polarisation characteristics

Proces elektropolerowania jest kontrolowanym anodowym roztwarzaniem powierzchni metalu/stopu. Komercyjnie proces jako obróbka wykończająca został wprowadzony do produkcji w 1950 roku. Otrzymana po nim powierzchnia charakteryzuje się małą chropowatością, dużym połyskiem oraz gładkością. Artykuł prezentuje możliwość kontrolowania i jednocześnie sterowania chropowatością powierzchni otrzymywaną po procesie elektropolerowania na podstawie otrzymanego modelu matematycznego. Model wyznacza zależność chropowatości powierzchni (Sa [Μm]) od wielkości pola magnetycznego (B [mT]) oraz gęstości prądu polerowania (i [A/dm2]). Otrzymane wyniki pokazują, że zakres chropowatości po obróbce elektrochemicznej w zależności od warunków polerowania mieszczą się w przedziale 0,602 Μm do 1,612 Μm. Najlepsze parametry chropowatości powierzchni po obróbce mechanicznej papierem ściernym (Sa=2,5 Μm) dla czasu polerowania t=1 min w roztworze kwasów H2SO4 i H3PO4 w stosunku 4:6, w temperaturze 65 š 5 oC otrzymano dla warunków: B=0 mT, i=525 A/dm2 (Sa=0,762 Μm) oraz B=225 mT, i=50 A/dm2 (Sa=0.612 Μm), a najgorsze dla: B=225 mT, i=525 A/dm2 (Sa=1,612 Μm).Electropolishing is controlled anodic dissolution of metals which improves surface properties of metals. It is often referred to as a "reverse plating" or "Super Passivation" process. Commercial applications of electropolishing have been in use since 1950's. Conventional mechanical finishing systems can smear, bend, stress or even fracture the crystalline metal surface to achieve smoothness or brightness. Electropolishing offers the advantage of removing metal from the surface producing a unidirectional pattern that is both stress and occlusion free, microscopically smooth and often highly reflective [1, 2]. Solutions are available to electropolish most common metals. To establish optimum conditions for electropolishing, a polarization curve is plotted and a plateau of current densities is established. The current densities plateau mainly exists just below the oxygen evolution regime. For many materials like steels the best electropolishing results are obtained over this plateau under oxygen evolution conditions. The paper presents control of surface roughness after standard- and magnetic- electrochemical polishing under different conditions. Mechanically polished samples (Sa=2,5 Μm) were prepared for electrochemical polishing. The electrolyte with 10% water content and a ratio between H2SO4 and H3PO4 of 4:6 was proved to be successful [1, 2, 3]. The electrolyte temperature of 65 š 5 oC and processing time 1 min were found to be optimal. The obtained results show that the surface roughness after treatment was in the range: from 0,602 Μm to 1,612 Μm. The best results were obtained after electrochemical treatment for the following parameters: B=0 mT, i=525 A/dm2 (Sa=0,762 Μm) as well as B=225 mT, i=50 A/dm2 (Sa=0,612 Μm), while the worst one for: B=225 mT, i=525 A/dm2 (Sa=1,612 Μm) [Table 2, Fig. 9]

XPS measurement of chemical composition of surface layer formed on austenitic AISI 316L SS after electrochemical polishing in magnetic field

W pracy przedstawiono możliwość wykorzystania metody XPS do analizy warstwy wierzchniej powstałej po elektrochemicznym polerowaniu w polu magnetycznym. Pokazano wynik XPS dla energii wiązania w przedziale od 0 do 1100 eV, celem wykrycia pierwiastków w warstwie wierzchniej. Przeprowadzono również badania XPS wysokiej rozdzielczości dla żelaza (Fe2p), chromu (Cr2p), molibdenu (Mo3d), siarki (S2p), fosforu (P2p) celem zaprezentowania możliwości analizy stanu chemicznego, jak i analizy ilościowej. Badania wykazały, że w warstwie wierzchniej powstałej po elektrochemicznym polerowaniu przy gęstości prądu 100 A/dm2 w polu magnetycznym o natężeniu 350 mT na powierzchni znajduje się więcej chromu (~10%) niż żelaza (~4%) oraz bardzo duża ilość tlenu (~72%). Widoczne piki w widmie XPS reprezentujące fosfor (~7%) siarkę (~5%) mogą świadczyć o obecności w warstwie wierzchniej zarówno fosforanów jak i siarczanów żelaza i/lub chromu. Wykryte zostały również piki odpowiadające magnezowi (~1%) oraz molibdenu (~1%). Chrom znajdujący się w warstwie wierzchniej najczęściej występuje w związkach chemicznych takich jak tlenki (CrO2), wodorotlenki (Cr(OH)3), fosforany (CrPO4 + noH2O) i siarczany (Cr2(SO4)3+ noH2O). Natomiast żelazo najczęściej występuje w tlenkach (Fe3O4, FeO, Fe2O3), wodorotlenkach FeOOH, fosforanach (FePO4 + noH2O, Fe3(PO4)2+ noH2O) oraz siarczanach (Fe2(SO4)3+ noH2O, FeSO4+ noH2O). Większość manganu znajdującego się w warstwie wierzchniej znajduje się na drugim stopniu utlenienia (Mn2+), a molibden na piątym (Mo5+) i szóstym (Mo6+) stopniu utlenienia.X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is a quantitative spectroscopic technique that measures elemental composition, empirical formula and chemical state of surface. In XPS analysis, a sample is placed in an ultrahigh vacuum environment and exposed to a low-energy X-ray source. The X-ray excitation causes emission of photoelectrons from atomic shells of the elements present on the surface. The energy of these electrons is characteristic of the element from which it is emitted. The area under peaks in the spectrum is a measure of the relative amount of each element present, and the shape and position of the peaks reflect the chemical state for each element. XPS experiments were performed in an ultra-high-vacuum system with a base pressure of about 10-10 mbar. XPS measurements were taken using a SES2002 electron energy analyzer in conjunction with a monochromatized Al K? (h? = 1486.6 eV) X-ray source (Gammadata-Scienta). A total resolution of about 0.6 eV was obtained for the presented spectra. The spectra were recorded in normal emission. The binding energy of the spectrometer is calibrated by the position of the Fermi level on a clean metallic sample. The power supplies must be stable and of high accuracy. The Fermi level is determined by the work function of the electron energy analyzer and does not vary from sample to sample. In this paper the XPS method was used to find chemical composition of austenitic stainless steel AISI 316L surface electrochemically polished in a magnetic field. The samples for XPS measurements were prepared by mechanical polishing (water abrasive paper 60) and after it by electrochemical polishing in magnetic field (i=100 A/dm2, B=350 mT). Experiments were carried out in an electrolyte of 10% water content and the ratio of H2SO4 to H3PO4 equal to 4:6. The electrolyte temperature was within the range 65 š 5 oC and the processing time was about 3 min. The results show that after electrochemical polishing in a magnetic field there is more chromium (~10%) than iron (~4%) and big amount of oxygen (~72%) on the surface. There are visible peaks of phosphorus (~7%) and sulphur (~5%) in the XPS spectrum. There were also detected peaks of manganese (~1%) and molybdenum (~1%). Chromium in the surface layer occurs most frequently in oxides (CrO2), hydroxides (Cr(OH)3), chromium phosphates (CrPO4 + noH2O) and chromium sulphates (Cr2(SO4)3+ noH2O). Iron occurrs most frequently in oxides (Fe3O4, FeO, Fe2O3), hydroxides CrOOH, iron phosphates (FePO4 + noH2O, Fe3(PO4)2) and iron sulphates (Fe2(SO4)3+ noH2O, FeSO4+ noH2O). The main oxidation state of manganese in its compounds is +2 (Mn2+) and of molybdenum are +5 (Mo5+) and +6 sixth (Mo6+)

Characteristics of the corroded surface of farm ploughshare

Maszyny rolnicze pracujące w polu są narażone na korozję ziemną. Niemożliwość trwałego zabezpieczenia elementów pracujących w ziemi powoduje szybkie ich korodowanie. Powstałe na powierzchni roboczej trwa³e produkty korozji pełnią wówczas rolę „powłoki ochronnej” zabezpieczającej część roboczą przed dalszą korozją. W pracy opisano skorodowaną powierzchnię lemiesza pługa rolniczego ze względu na parametry chropowatości powierzchni 3D, jak i na wizualizacje powierzchni (SEM) oraz skład chemiczny (EDX). W pracy pokazano, że powierzchnia skorodowanego lemiesza pługa rolniczego jest niejednorodna z licznymi mikropęknięciami a parametr chropowatości powierzchni S wynosi 8,96 m. Po³owa najczęściej występujących nierówności na zbadanej powierzchni zawiera się w przedziale 25-57 m, jednakże największą częstotliwość występowania nierówności odnotowuje się dla nierówności w zakresie m. Najmniejsza częstotliwość występowania nierówności mieści się w zakresie 8,17-16,3 m dla małych nierówności oraz 65,4-73,6 m dla dużych nierówności.Agricultural machinery working in the soil are exposed to earth corrosion. It is not possible to provide long lasting protection of elements working in the soil and therefore corrosion proceeds very quickly. Corrosion products formed on the working surface play the role of "corrosion-proof layer" protecting the working surface against further corrosion. This paper describes the corroded surface of the farm ploughshare with regard to 3D surface roughness analysis, as well as visualization of the surface (SEM) and chemical composition (EDX). The study shows that the corroded surface of agricultural ploughshare is heterogeneous with numerous microcracks and the parameter of surface roughness Sa is 8.96 m. Half of the most often occurring roughness on the examined surface is in the range from 25 to 57 m, however, roughness between 35 and 49 m notes the biggest frequency of occurrence. The lowest frequency of roughness is in the range from 8.17 to 16.3 m for small unevenness and between 65.4 and 73.6 μm for largeir regularities of surface

Project of a PEO liquid waste disposal mobile station

Procesy elektrochemiczne są coraz częściej używane do obróbki powierzchni części maszyn między innymi w przemyśle samochodowym, lotniczym, spożywczym, chemicznym, jak i w przypadku wytwarzania biomateriałów. W wyniku każdego z nich powstają odpady ciekłe, które powinny zostać poddane procesom neutralizacji. W niniejszym artykule zaproponowano metodę neutralizacji kwaśnych elektrolitów po procesie plazmowego utleniania elektrolitycznego. Przedstawiony został proces technologiczny pozwalający na usunięcie niebezpiecznych dla środowiska metali z wykorzystaniem procesów elektrodepozycji oraz zobojętnienie odpadu z użyciem KOH w taki sposób, że produktem końcowym jest ciekły bądź stały nawóz. Zaproponowana koncepcja mobilnej stacji utylizacji odpadów ciekłych powstających w procesie elektrochemicznym zakłada możliwość aplikacji instalacji w kontenerze, który może być umieszczony zarówno na ciągniku siodłowym lub też wagonie kolejowym.Electrochemical processes are increasingly being used in industries related to surface treatments of machine parts, including automotive, aerospace, food, chemical, as well as for biomaterials surface treatments. However, after each of them, there is a waste electrolyte that has to be electrochemically and chemically treated to remove toxic metals and neutralizes it, resulting in this case from liquid or dry fertilizer (after water evaporation). In the paper, the authors propose a concept of a mobile waste disposal station for liquid wastes, which are produced during the electrochemical process. According to this proposal, the station would be placed in a container, which may be mounted on either a truck tractor (cab-over) or a railway wagon

Badania XPS stali AISI 304 SS po polerowaniu mechanicznym i elektrochemicznym

The paper discusses the chromium compounds to iron compounds ratio of austenitic AISI 304 stainless steel after mechanical and electrochemical treatments. The tested stainless steel is widely used in many industries. The X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) studies show, that after electrochemical polishing EP there is much more chromium compounds in the passive layer than those after abrasive polishing MP and there is observed a significant increase in the Cr/Fe ratio after EP up to 2.4 versus MP (0.64).W artykule omówiono wpływ rodzaju polerowania, mechanicznego ściernego oraz elektrochemicznego, austenitycznej stali stopowej AISI 304 na zawartość związków chromu oraz żelaza w warstwie wierzchniej, jak i na ich stosunek Cr/Fe.Badana stal nierdzewna jest szeroko stosowana w wielu gałęziach przemysłu. Badania XPS pokazują, że po elektrochemicznym polerowaniu EP obserwuje się więcej związków chromu niż związków żelaza w warstwie wierzchniej. Obserwuje się również istotny wzrost stosunku Cr/Fe z 0,64 dla MP do 2,4 dla EP

XPS measurements of martensitic stainless steel 4H13 after the electrochemical polishing

Elektrochemiczne polerowanie stali jest coraz częściej wykorzystywane jako obróbka wykończająca, zwłaszcza w przypadku skomplikowanych kształtów obrabianych detali. Obróbka najczęściej jest przeprowadzana w kąpieli złożonej z kwasu siarkowego H2SO4 oraz fosforowego H3PO4 z niewielkim dodatkiem wody (najczęściej 10%). Po obróbce otrzymuje się powierzchnie o żądanych parametrach chropowatości, połysku oraz odporności na korozję. W artykule zaprezentowano wyniki XPS opisujące skład chemiczny warstwy wierzchniej powstałej po elektrochemicznym polerowaniu bez mieszania elektrolitu na stali martenzytycznej 4H13.Electrochemical polishing of steel is increasingly used as a finishing treatment especially for the parts of complex shapes. The treatment is usually carried out in a bath consisting of sulfuric acid (H2SO4) and phosphoric acid (H3PO4) with small amount of water (usually 10%). After the process the part gets a desired surface roughness, gloss and corrosion resistance. In this paper the authors present the XPS results of the chemical composition of the surface layer formed after electrochemical polishing,of the martensitic steel 4H13, performed without mixing the electrolyte

Alloy austenitic, ferritic and duplex steels used in transport

Stopowe stale austenityczne, ferrytyczne i austenityczno-ferrytyczne duplex znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle samochodowym do produkcji różnych elementów podjazdów samochodowych. Są to główne rodzaje stali nierdzewnych, wykorzystywane do wytwarzania całej gamy części samochodowych. W pracy przedstawiono szeroki zakres zastosowań poszczególnych grup stali. Szczególny nacisk położono na ich właściwości oraz cechy materiałów. Omówiono poszczególne grupy z uwzględnieniem struktury metalograficznej Duży nacisk położono na ferrytyczo-austenityczną stal duplex ze względu na jej możliwości i lepsze właściwości w wielu przypadkach od pozostałych analizowanych gatunków stali.Alloy austenitic, ferritic and austenitic-ferritic duplex steels are widely used in the automotive industry for the manufacture of various car elements. These are the main types of stainless steels used to produce a whole range of automotive parts. That work presents a wide range of applications for each indicated steel groups. Particular emphasis was placed on their properties and characteristics of materials. The groups were discussed taking into account the metallographic structure. The emphasis was on the ferritic-austenitic duplex steel due to its capabilities and improved properties in many cases from the other steel grades analyzed

Using of stainless steels in transport

W artykule omówione zostały zagadnienia zastosowania stali stopowych w środkach transportu. Przedstawiono podstawowe informacje dotyczące produkcji stali stopowych, walcowania na gorąco, właściwości mechanicznych oraz korozyjnych. Sporządzono wykresy przedstawiające uśrednione wartości granicy plastyczności, wydłużenia względnego, twardości oraz odporności korozyjne (PREN) dla wybranych stali stopowych.The article discusses transport applications of most popular stainless steels. The basic information about the production of alloy steels, hot rolling, mechanical and corrosion properties in that paper, are presented. In addition, the plots of yield strength, relative elongation, hardness and corrosion resistance (PREN) for selected stainless steels were shown