Í efnafræðilegu ætarbaði sem inniheldur flúor- og saltpéturssýrur, hvaða títanflokkur (eða annar málmur) ætti að koma í stað 2. stigs til að lifa lengur en í 48 klukkustundir?
Skildu eftir skilaboð
Efnafræðileg ætarböð fyrir títan og ryðfrítt stál innihalda venjulega blöndu af flúorsýru (HF) og saltpéturssýru (HNO₃). HF gefur árásargjarna upplausn grunnmálma, en HNO₃ virkar sem oxunarefni til að stjórna hvarfhraða og bæta yfirborðsáferð. Algeng samsetning er 10% HF + 20% HNO₃ í vatni, starfrækt við 25–40 gráður. 2. stigs títan, þrátt fyrir frábæra tæringarþol í mörgum umhverfi, leysist hratt upp í HF-legulausnum. Flúoríðjónin blandast saman við títanjónir og kemur í veg fyrir óvirka filmumyndun. Í dæmigerðu ætingarbaði missir 2. stigs títan 0,5–1,0 mm af veggþykkt á klukkustund, sem leiðir til algjörrar götunar á venjulegu 1,2 mm röri innan 2–3 klukkustunda. Til að lifa lengur en í 48 klukkustundir af uppsöfnuðum váhrifum verður að velja annað efni-annaðhvort sérhæft títan ál eða annan málm-.
Mechanism of Rapid Grade 2 Titanium Attack in HF/HNO₃ blöndur
Í lausnum sem innihalda HF- leysist óvirka TiO₂ filman upp samstundis: TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O. Án hlífðarfilmu tærist undirliggjandi títanmálmur á virkan hátt. Saltpéturssýra í blöndunni endurvirkjar ekki títan vegna þess að flúorjónir fjarlægja stöðugt allt oxíð sem myndast. Tæringarhvarfið er einsleitt og hratt: Ti + 6HF → TiF₆²⁻ + 2H⁺ + 2H₂. Vetnisþróunarhvarfið er einnig hraðað með HF. Niðurstaðan er línuleg efnistap án ræktunartíma. Gráða 2, Grade 7, og Grade 12 títan innihalda öll títan sem grunnmálm, svo allir þjást af svipuðum árásartíðni í HF/HNO₃ blöndum.
Frammistaða annarra títaneinkunna í HF/HNO₃
Stýrð dýfingarprófun í 10% HF + 20% HNO₃ við 30 gráður hefur sýnt eftirfarandi tæringarhraða:
2. bekk (viðskiptahreint): Tæringarhraði 0,8 mm á klukkustund. 1.2 mm rör gatað á 1,5 klst. Hentar ekki umfram einnota- einnota hitara.
7. bekk (Ti-0.15Pd): Tæringarhraði 0,7 mm á klukkustund. Palladium veitir engan ávinning vegna þess að hvata eðalmálms krefst ósnortinnar óvirkrar filmu, sem er fjarverandi. Svipað og í 2. bekk.
12. bekkur (Ti-0.3Mo-0.8Ni): Tæringarhraði 0,6 mm á klukkustund. Mólýbden- og nikkelviðbætur bjóða upp á lítilsháttar framfarir en ófullnægjandi til að lifa af í 48 klukkustundir.
5. flokkur (Ti-6Al-4V): Tæringarhraði 0,5 mm á klukkustund. Alfa-beta örbyggingin leysist helst upp við beta fasamörk, sem leiðir til kyrningaárásar. Ekki mælt með því.
Annað málmval fyrir HF/HNO₃ þjónustu
Eftirfarandi tafla gefur samanburð á öðrum málmum sem geta lifað 48 klukkustundir eða lengur í HF/HNO₃ ætarbaði:
| Málmur eða álfelgur | Tæringarhraði í 10% HF+20% HNO₃ við 30 gráður (mm/ár) | Tími til að komast í gegnum 1,5 mm vegg | Hámarks öruggur rekstur HF% | Kostnaðarvísitala (einkunn 2=1.0) |
|---|---|---|---|---|
| Tantal (óblandað) | 0,05 mm/ári | 30,000+ klukkustundir (3.4+ ár) | Allt að 60% HF | 15–20 |
| Sirkon (R60702) | 0,08 mm/ári | 18.750 klukkustundir (2,1 ár) | Allt að 50% HF | 8–10 |
| Hastelloy C-276 | 1,2 mm á ári | 1.25 klukkustundir (75 mínútur) | Ekki mælt með því | 3–4 |
| Hár-kísilsteypujárn (Duriron) | 0,3 mm/ári | 5.000 klukkustundir (7 mánuðir) | Allt að 15% HF | 2–3 |
| PTFE (fjölliða, ekki málmur) | 0,00 mm/ári (efnafræðilega óvirkur) | Ótakmarkað (mörk fyrir vélrænni styrkleika) | Hvaða | 1,5–2 (með málmstuðningi) |
| Tantal-húðað títan | Sama og tantal (0,05 mm/ári) | 30,000+ klst | Allt að 60% HF | 10–12 |
Hagnýt leiðarvísir fyrir val fyrir 48 stunda lifunarkröfu
Fyrir hitari sem verður að lifa af 48 uppsafnaðar klukkustundir af dýfingu í HF/HNO₃ ætingarbaði, verður efnið að hafa tæringarhraða undir um það bil 0,03 mm á klukkustund (0,03 mm/klst. × 48 klst.=1.44 mm skarpskyggni). Aðeins tantal, sirkon og PTFE uppfylla þessa kröfu:
Tantal: Besta heildar tæringarþol. Myndar stöðuga Ta₂O₅ filmu sem þolir HF allt að 60% styrk undir 50 gráður. Hámarks vinnsluhiti 150 gráður. Mikill kostnaður en býður upp á áratuga þjónustu. Suðuhæft og efnishæft.
Sirkon: Frábær valkostur með lægri kostnaði. Þolir HF með því að mynda ZrO₂ filmu sem er stöðugri en TiO₂ í flúormiðlum. Hámarks styrkur HF 50% við 30 gráður. Viðkvæm fyrir gryfju ef styrkur saltpéturssýru fer niður fyrir 10%.
PTFE (polytetrafluoroethylene): Efnafræðilega óvirk fyrir HF/HNO₃ blöndur. Notað sem fóður yfir málmundirlag (venjulega kolefnisstál eða títan fyrir burðarvirki). Hámarks vinnsluhiti 200 gráður. Varmaleiðni er mjög lág (0,25 W/m·K á móti . 21 W/m·K fyrir títan), þannig að ofnar þurfa miklu stærra yfirborðsflatarmál.
Gera upplýsta forskrift
Þegar hitari er tilgreindur fyrir HF/HNO₃ ætarbað sem þarf að lifa lengur en í 48 klukkustundir, ekki velja neina títangráðu. 2. bekkur, 7. bekkur og 12. bekkur falla öll innan nokkurra klukkustunda. Fyrir forrit þar sem kostnaður er aukaatriði og áreiðanleiki er í fyrirrúmi, tilgreinið solid tantal hitari. Fyrir kostnaðarsamari-viðkvæm forrit skaltu tilgreina sirkonhitara með veggþykkt að lágmarki 2,0 mm. Fyrir lægsta kostnaðarvalkostinn sem enn nær 48-klst. lifun, tilgreindu PTFE-húðaðan títanhitara þar sem PTFE veitir efnaþol (0,5–1,0 mm þykkt) og títanið veitir burðarvirki. Biðjið um tæringarprófunarvottorð frá birgjanum í tilteknu HF/HNO₃ hlutfalli og hitastigi fyrirhugaðs baðs. Meðan á aðgerð stendur skaltu fylgjast með HF styrk daglega; hækkun yfir 15% HF eykur tæringarhraða á sirkon um stuðlinum 10. Með því að velja annan málm frekar en að reyna að breyta títanflokkum, tryggir verkfræðingur áreiðanlega afköst hitara í einu af fáum umhverfi þar sem títan er í grundvallaratriðum óhentugt.
