Surface optimization of stainless steels for apparatus and vessels in the pharmaceutical, food, and process engineering industries

Fachartikel von Prof. Dr.-Ing. Arnulf Hörtnagel im Journal of Hygienic Engineering and Design

Abstract (Übersetzung des engl. Textes)

Der Zusammenhang zwischen Herstellungsparametern und Einsatzbedingungen von Behältern aus nichtrostendem Stahl kann für die damit hergestellten Produkte in der Lebensmittel- und Chemieindustrie von großer Bedeutung sein. Die Bauteiloberfläche des Behälters ist dabei von besonderer Relevanz, da sie in direktem Kontakt mit den Medien steht. An die Oberflächen werden oft hohe Anforderungen hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit, Reinigbarkeit und möglichst geringem Adhäsionsverhalten der Produkte gestellt. Bestehende Vorschriften und Richtlinien geben in der Regel die zu erreichende Oberflächenrauhigkeit, das zu verwendende Material und auch abschließende Oberflächenbehandlungsverfahren, wie z.B. das Elektropolieren, vor. Ziel der hier vorgestellten Forschungsarbeit war es, die mögliche Variation der Eigenschaften von durch Schleifen erzeugten Oberflächen aufzuzeigen.

Um den Einfluss der unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften des Grundmaterials zu untersuchen, wurden dazu ein metastabiler austenitischer Stahl AISI 304 mit unterschiedlichen Verformungsgraden und der austenitische Stahl AISI 316L verwendet. Auch die Anwendung eines alternativen mechanischen Bearbeitungsverfahrens auf Basis eines Gleitschleifprozesses soll mit den Ergebnissen konventionell bearbeiteter Oberflächen verglichen und seine Anwendbarkeit insbesondere für die Pharmaindustrie diskutiert werden.

Neben der erzielten Oberflächenrauheit wird die erreichte Korrosionsbeständigkeit insbesondere anhand des kritischen Lochfraßpotentials zwischen den verschiedenen Oberflächenzuständen verglichen. Das Adhäsionsverhalten von Fremdpartikeln wurde nach ISO 12103-1 bestimmt. Die weitere Charakterisierung der erzeugten Oberflächen erfolgte mittels Licht- und Elektronenmikroskopie sowie einer 3D-Oberflächencharakterisierung mittels hochauflösender Fokusvariation.

Die Ergebnisse zeigen, dass in Abhängigkeit von den verwendeten Prozessparametern, aber auch in Abhängigkeit von den mechanischen Eigenschaften des Grundmaterials, ein deutlicher Einfluss auf die erzeugte Oberfläche besteht. Es zeigt sich, dass die Wechselwirkung zwischen Schleifprozess und Grundwerkstoff einen sehr differenzierten Einfluss auf die erreichten Bauteileigenschaften haben kann. Durch Anpassung der Prozessparameter in Form einer Modifikation der mechanischen Bearbeitung kann eine Reduzierung des Adhäsionsverhaltens von Fremdstoffen erreicht werden.

Key words: Cleanability, Particle adhesion, Stainless steel, Surface treatment, Corrosion resistance

Inhaltsverzeichnis des englischen Originaltextes

Introduction

Materials and Methods

Results and Discussion

Conclusions

References