金属和聚合物材料表面处理的验收准则——ASME BPE SF篇及附录H的介绍和解读

高贤申 曹燕秋 周立法

（森松集团（中国），上海201323）

0 引言

“药厂的生产设备不得对药品质量产生任何不利影响，与药品直接接触的生产设备表面应当平整、光洁、易清洗或消毒、耐腐蚀，并防止这类设备成为污染源”，上述是GMP对制药设备，尤其是与物料直接接触的设备表面提出的基本要求。为了达到设备表面“平整、光滑、易清洗或易消毒灭菌”的目的，就要对设备表面进行“表面处理”，即抛光处理。

由于抛光方式、操作人员的人为因素、材料性质、环境以及检查方法的不同，对表面处理的最终质量判断也会出现差异，为了有一个公认的表面处理准则，参阅ASME BPE SF章节编译了本文，供药厂和设备制造厂技术人员参考选用。

1 表面处理验收准则适用范围

本文是为凡与产品及工艺物料接触的金属或聚合物材料表面处理结果提供的验收准则。

2 对金属材料的适用范围

2.1 适用于直接或间接与产品/工艺物料接触的系统

直接或间接与产品/工艺物料接触的系统包括但不限于每次一个或多个系统，例如，美国药典（USP）注射用水系统；美国药典（USP）纯化水系统；美国药典（USP）纯蒸汽系统；其他与产品/工艺物料接触的表面系统。

2.2 表面处理的验收准则

锻制的不锈钢化学成分如表1所示，对设备和工程中常用的奥氏体不锈钢表面验收的准则如表2、表3所示，与产品接触金属材料表面的电解抛光验收准则在满足表2的基础上，还要满足表3规定。其他合金材料的表面验收准则可能有所不同，必须经业主/用户和供应商双方在材料订货前一致同意。可采用目视比对表或样品作为产品接触表面合格验收和/或不合格拒收依据。

2.3 与产品接触表面检测方法的分类

产品接触表面检测宜采用以下一种或几种方法：（1）目视检测：直接目视检测、间接目视检测，如内窥镜、反射镜等；（2）液体渗透检测；（3）表面粗糙度检测设备，如粗糙度检测仪；（4）电子显微镜扫描仪；（5）电子光谱化学分析仪；（6）螺旋式电子光谱分析仪；（7）复制品：ASTM E1351。

表1 锻制不锈钢化学成分 单位：wt%

目视检测应根据ASME BPV锅炉压力容器规范第5卷第9章的检查要求进行。

值得注意的是，当采用如LED灯等某种光源观察电解抛光表面时，表面光泽可能会出现轻微的变化，这不应作为拒收的原因。

2.4 表面处理呈现的状态

与产品接触表面应该按照本章相关章节要求采用机械抛光、冷加工、机械加工、钝化或电解抛光工艺。当业主/用户有要求时，电解抛光和钝化承包商应按照本章相关附录规定对程序进行评定。所有表面应该清洁，表面粗糙度值应满足与产品/工艺物料接触金属材料表面Ra读数值允许范围（表4）。对制造商制作和包装的完工元件/设备也应有清洁度要求。后续的运输、贮存、装卸和/或安装可能影响清洁度，这应作为业主/用户和制造商/服务商之间的合同事项予以规定。

表2 与产品/工艺物料接触金属材料表面质量验收准则

表3 与产品/工艺物料接触且经电解抛光后金属材料表面质量附加验收准则

2.5 电解抛光程序的评定

本章节的评定是用于对生物工程、制药、保健品等系统以及附属设备中凡与产品/工艺物料接触的元部件表面的电解抛光工艺进行评定的一种方法。

2.5.1 电解抛光的目的

（1）必须无表面氧化物及非预期的金相组织；（2）利用材料表面化学特性消除元件制造过程中产生的损伤或性能降低；（3）确保去除机械加工和成型过程中产生的不规则表面；（4）提高耐腐蚀性能。

2.5.2 电解抛光程序评定方法

电解抛光程序评定方法是为改善元部件表面质量所采用的电解抛光工艺评定提供的通用指南。

电解抛光服务商应对每一种电解抛光方法，如浸泡法、现场电解法进行试样和试板，以证明这些方法能达到所要求的表面效果。

电解抛光服务商也应证明有能力重复采用这些评定试样或试板合格的方法可同样用于产品元件和/或设备上。

表4 与产品/工艺物料接触金属材料表面Ra读数值允许范围

电解抛光服务商应制定书面的质量控制文件，文件至少应描述下述内容：（1）预抛光检查工艺；（2）预清洗工艺；（3）电解液池（最小和最大）操作温度下的具体重力。

2.5.3 电解抛光基本参数

电解抛光服务商应编制电解抛光程序，编制的程序应确保用于评定试样的基本参数可以重复使用，电解抛光程序至少应包括下述基本参数：（1）电流、时间（最小和最大）；（2）电解池温度范围（最小和最大）；（3）电解抛光工艺；（4）最终冲洗、清洗工艺；（5）最终检查要求。

2.5.4 电解抛光应提供的文件

电解抛光服务商至少必须编制并保存下述附加文件：（1）每一个工艺过程评定试样的SEM记录；（2）每一个工艺过程评定试样的XPS（ESCA）记录，结果需满足电解抛光评定试样表面最低要求（表5）；（3）用于评定工艺过程的实际试样；（4）电解工艺过程控制记录；（5）所采用电解抛光程序；（6）最终Ra值（有要求时）；（7）每一项工作的合格证明复印件。

表5 电解抛光评定试样表面最低要求

2.5.5 电解抛光合格证明

如客户有要求时，电解抛光服务商应提供合格证明，并包含每一种类型的元部件，合格证明包括但不限于：（1）服务商名称；（2）顾客名称；（3）元、部件描述；（4）电解抛光程序标识号；（5）最终表面处理报告（注明Ra值）。

2.6 金属材料表面钝化程序

本章所述钝化程序仅限于系统和元件中新安装或新改造的部分。钝化应按照经批准的质量保证/控制计划执行。钝化的方法包括规定首次水冲洗、化学清洗和脱脂、钝化和最终冲洗的程序，其应按照书面程序和文件规定进行评定。该程序应规定钝化基本参数的可接受范围。非强制性附录E《钝化程序的评定要求》提供了对钝化实践方法和被钝化表面质量评定指南。金属材料禁止局部钝化。酸洗工艺不能作为钝化的替换方法。

在满足上述表2和/或表3的基础上，与产品/工艺物料接触的钝化表面的验收准则还需满足表6的规定，用于保证钝化层质量的测试方法由业主/用户与承包商商定。

2.7 关于不锈钢与红锈

红锈是在与不锈钢高纯工艺系统（包括水或纯蒸汽）中自然产生的现象。其出现程度根据下述情况而异：（1）系统内每一个元件的不锈钢材质情况；（2）该系统的制作工艺如何，如焊接、表面处理、钝化处理；（3）该系统暴露于哪种工况条件，如水的纯度、工艺化学物、温度、压力、机械应力、流速和氧环境；（4）该系统的维护情况。

表6 与产品接触钝化金属材料表面质量验收准则

若系统中出现红锈，则需要评价它对产品、工艺和/或系统长期运行的潜在影响。非强制性附录D《红锈和不锈钢》提供了在工艺方案中和实际产品接触表面检测红锈的方法，也提供了在各种制作和运行实践中减少红锈形成的方法及补救方法/技术。

3 适用聚合材料的几项规定

3.1 适用系统

本章节适用于业主/用户所有使用聚合物材料的系统。

与产品接触表面的要求适用于直接或间接与指定产品接触的系统所有的可人为接近或不可接近的区域。

这些系统应包括工艺系统和洁净公用工程。

3.2 聚合物材料

这些系统中首选的施工材料应符合PM-2材料的要求。

3.3 与产品接触表面检测方法分类

与产品接触表面检测宜采用以下一种或几种方法：

（1）目视检测：直接目视检测，如通过管壁照明；间接目视检测，如内窥镜、镜子等。

（2）表面粗糙度检测设备，如粗糙度检测仪。

与产品接触聚合材料表面的验收准则如表7所示。

与产品接触聚合材料表面的验收准则在满足表7的基础上，还要满足与产品接触聚合材料表面Ra读数值（表8）规定。

表7 与产品接触聚合材料表面质量验收准则

表8 与产品接触聚合材料表面Ra读数值

目视检测应在足够的室内照明下进行。当对照明有盲区或较暗区域以及对有疑问区域进行复查时，可以采用补充照明。

3.4 表面状态的描述

可得到的聚合材料表面状态如下：

（1）管道/管子和管件：1）注塑成型后的表面；2）压制成型后的表面；3）机械加工后的表面；4）注塑件、压制件或机械加工件经制作后的表面。

（2）板材、棒材和块材：1）注塑成型后的表面；2）压制成型后的表面；3）注塑成型、压制成型再经机械加工后的表面。

4 结语

与药物直接接触的设备表面处理后的状况的优劣会直接影响药物的内在质量。不合格的表面状况不仅会造成诸如积液、粘壁、排料不完全、沉积物料等现象，也会给设备的可清洗带来麻烦，使设备难于清洗干净。在对表面处理的处理方式上，无论是采用机械抛光，还是电解抛光，严格掌握表面处理的验收准则是保障药品质量不可缺少的环节。本文依据ASME BPE-SF章节对设备的表面处理后的验收准则，结合制药设备使用状况做了编译，供药界同仁参考使用，以期提高我国制药装备的制造水平。

［1］国家食品药品监督管理局药品认证管理中心.药品生产质量管理规范［S］.中国医药科技出版社，2010

［2］ ASME BPE-2012 Bioprocessing Equipment［S］

［3］高贤申，曹燕秋，周立法.不锈钢设备与系统表面钝化处理的检查和评定［J］.机电信息，2014（14）

［4］高贤申，曹燕秋，周立法.不锈钢系统“红锈”形成的因素及消除方法［J］.机电信息，2014年（11）