Hvernig eykur gufuoxandi formeðferðin (við 300 gráður í 2 klukkustundir) síðari sýrutæringarþol títanhitara?

Fyrir ferliverkfræðing sem vill auka endingartíma títaníumdýfingarhitara í ætandi sýruumhverfi eins og heitri brennisteins- eða saltsýru, leiðir gufuoxandi formeðferð við 300 gráður í 2 klukkustundir í mælanlega aukningu á tæringarþol. Þessi undirbúningur ræktar stýrða, þykkari títantvíoxíð (TiO2) filmu á yfirborði hitarisins, venjulega 0,5 til 2,0 míkron, samanborið við upprunalegu óvirku filmuna sem er 2 til 7 nanómetrar. Þykkara oxíðlag er ónæmari fyrir efnaupplausn, veitir einsleitari hindrun gegn sýruárás og hefur færri bilunarbletti þar sem staðbundin gryfja gæti átt sér stað. Magnprófanir benda til þess að gufu-oxað títan hafi 50-80% minni tæringarhraða en ómeðhöndlað títan í 20% H₂SO₄ við 80 gráður og 2 til 5 sinnum lengri endingu hitara í árásargjarnum afoxandi sýrum.

Vélbúnaður gufuoxunar og áhrif á oxíðbyggingu
The reaction Ti + 2H2O -->Hægt er að stjórna TiO2 + 2H2 með því að hita títan í gufu (vatnsgufu) í 300 gráður. Gufuumhverfið myndar þétta, viðloðandi húð af rútíli (kristallað TiO₂). Þetta er öfugt við oxun í þurru lofti sem getur myndað gljúpt oxíð með beinbrotum og losun. Gufuoxun leiðir til einsleitara og minna gallaðra oxíðlags þar sem vetnið sem myndast við málm-oxíðviðmótið er fær um að streyma út í gegnum oxíðið sem veldur þjöppunarástandi (verndandi) streitu.

Meðferðin upp á 300 gráður, 2 klst. er ákjósanleg fyrir 2. stigs títan. Við lægra hitastig (200 gráður) vex oxíðið of hægt (< 0.1 µm in 2 h). At higher temperatures (400°C) the oxide grows excessively fast (>5 µm) og hefur það tilhneigingu til að losna. 2-lengd þess gerir kleift að hylja yfirborðið að fullu, þ.mt sprungur og suðusvæði, en án aukinnar þykktar sem myndi takmarka hitaleiðni. Oxíðlagið sem myndast er gullið eða blábrúnt á litinn (truflalitir) sem samsvarar um 0,5–2,0 µm þykkt.

Magngreining á aukningu á tæringarþoli af völdum gufuoxunar
Sýrt umhverfi (hitastig) Gráða 2 Ti Tæringarhraði (mm/ár) Ómeðhöndlað Gufa oxað (300 gráður, 2 klst.) Tæringarhraði (mm/ári) Minnkunarþáttur Áætluð líflenging
20 % H₂SO₄, 60 gráður 0.15 0.04 3.8× 4× 20 % H2SO4, 80 gráður 0.80 0.20 4.0× 4× 10% HCl, 50 gráður 0.25 0.08 3.1× 3× 10% HCl, 70 gráður 1.20 0.35 3.4× 3× 5% gráður %,× 0 gráður %,× 0 gráður %,× H3PO4, 100 gráður 0.10 0.04 2.5× 2,5× 10% oxalsýra, 60 gráður 0.60 0.20 3.0× 3×
Stærsta breytingin á sér stað með sýrum (H2SO4, HCl, maurasýru, oxalsýru) þegar óvirka kvikmyndin er aðeins stöðug í ómeðhöndluðu ástandi. Oxandi sýrur (nitur, króm) koma í eðli sínu stöðugleika á innfæddu óvirku filmuna og gufuoxun gefur litla aukaávinning (minnkunarstuðull < 1,5×). Formeðferðin bætir einnig viðnám gegn frásog vetnis í kaþódískum stillingum þar sem þykkara oxíðið virkar sem dreifingarhindrun fyrir atómvetni.

Atburðarás-Leiðbeiningar um beitingu gufuoxunarformeðferðar
Sýruþjónusta og alvarleiki ráðlagður formeðferð|Væntanlegur ávinningur|Framkvæmdarsjónarmið
Þynnt H₂SO₄ (5 – 15%), 50 – 70 gráður, samfelld Gufuoxun (300 gráður, 2 klst.) 3-4× líflengingarstuðull. Mjög mælt með því. Hagkvæmt fyrir nýja hitara.
Concentrated H 2 SO 4 (>50%) Hvaða hitastig Gufuoxun ekki skilvirk Lágmarks kostur. Oxíð leysist hratt upp í óblandaðri sýru. Notaðu títan gráðu 7.
HCl þjónusta (5–15%) 40–60 gráður Gufuoxun 3× líflenging Árangursrík, en passaðu að vökva. Gufuoxíð dregur úr upptöku vetnis.
Maurasýra, oxalsýra, hvaða styrkur sem er. Gufuoxun 2–3× endingartími aukning. Mælt með fyrir jaðarnotkun þar sem ómeðhöndlað títan tærir 0,2-0,5 mm/ári.
Þjónusta í sjó eða klóríðum (engin sýra) Ekki nauðsynlegt Enginn kostur Innfædd óvirk filma er stöðug í klóríðum. Gufuoxun er ekki nauðsynleg.
Hágæða vatn (lítið ætandi) Ekki nauðsynlegt Enginn kostur Enginn tæringarvandamál að laga.
Gamall hitari (endurbygging) Ekki hagnýt N/A Verður að vera gufuoxað fyrir uppsetningu. Það er ekki hægt að gera það á staðnum.
Verkfræðilegir þættir for-meðhöndlunar fyrir gufuoxun
Gufuoxunarformeðferðin ætti að fara fram í ofni með stýrðu umhverfi með gufuinndælingu. Hitarinn ætti að vera hreinn (feitaður, súrsýrður til að fjarlægja oxíð eða mengun sem gæti verið til staðar) fyrir meðferð. Hitastigið ætti að vera minna en 5 gráður á mínútu til að forðast hitauppstreymi. Eftir 2 tíma innihald við 300 gráður ætti að kæla hitarann ​​varlega (ofninn kaldur eða<= 3°C/min) to avoid oxide cracking. The treated surface is fragile and must be handled with clean gloves, since any scratches to the metal will act as corrosion initiation sites . The oxide layer reduces the thermal conductivity of the heater significantly (~5-10%) and should be taken into account for watt density estimates. For applications currently running near the critical heat flux, the thicker oxide may raise the sheath temperature by 5-10 °C.

Ályktun: Gufuoxun lengir líf 3-4X við að draga úr sýrum
Gufuoxandi formeðferð við 300 gráður í 2 klst. myndar stillt, þétt títantvíoxíðlag með þykkt 0,5–2,0 µm á yfirborði 2. stigs títanhitara. Tæringarþol sýru er bætt 3-4 sinnum í afoxandi sýrum (brennisteinssýru, saltsýru, maurasýru, oxalsýru). Þetta þykkari, einsleitara oxíð er minna næmt fyrir efnasamböndum og virkar sem hindrun fyrir frásog vetnis. Gufuoxunarformeðferð nýrra títanhitara til notkunar í þynntar til miðlungs afoxandi sýrur eykur um 10–15% við hitarakostnaðinn en eykur endingartímann um 2–5 sinnum og er mjög hagkvæmur. Formeðferðin er ekki gagnleg til að oxa sýrur (nitur, króm) eða fyrir klóríðráðandi aðstæður þar sem innfædda óvirka kvikmyndin er þegar stöðug. Sömu aðferð er hægt að nota þegar pantað er títan hitara til að draga úr sýruþjónustu. Að tilgreina formeðferð gufuoxunar með skráðum ferlibreytum (300 gráður, 2 klukkustundir, gufuloft) tryggir að aukinni tæringarþol sé náð áður en hitarinn er tekinn í notkun.