Hver er öruggur hámarkshlutþrýstingur súrefnis (atm) í köfnunarefnisteppi fyrir ofan títaníumdýfingarhitara sem starfar við 300 gráður í eutektísku saltbaði til að forðast hraðari alfa-tilfellisvöxt?

Títan dýfingarhitarar eru verndaðir fyrir oxun með köfnunarefnisteppi í eutectic saltbaði við 300 gráður. Hins vegar, ef súrefni er tiltækt í köfnunarefnissænginni, getur súrefni streymt inn í títan yfirborðið og myndað súrefnisauðgað alfa-lag. Þetta brothætta lag dregur úr þreytulífi og sveigjanleika. Vaxtarhraði alfa-málsins er fleygboga, dýptin er í réttu hlutfalli við kvaðratrót tímans sinnum hlutþrýstingi súrefnis. Þetta er hæsti súrefnishlutþrýstingur sem hægt er að nota á öruggan hátt til að forðast hraðan vöxt alfa-tilfella (þ.e. innan við 10 m af alfa-tilfelli eftir 10.000 klukkustunda notkun). Yfir þessu stigi eykst hraði alfa-tilfella hratt sem veldur stökkleika og snemma bilun.

Mechanism of alfa-tilfellamyndun með súrefni við 300 gráður

Við 300 gráður dreifist súrefni í millivef í títangrindinni og stöðugur alfa fasann. Alfa-hólfið er harðara, venjulega 300–500 HV samanborið við 180–220 HV fyrir grunnmálminn og er í meginatriðum ó-seigjanlegt. Alfa-tilviksvöxturinn er gefinn með jöfnunni d^2=k_p * t, þar sem d er dýpt alfa-fallsins, k_p er fleygbogahraðafasti og t er lengd. Hraðafasti kp er í réttu hlutfalli við hlutþrýsting súrefnis í krafti 0,5. Við súrefnishlutþrýsting undir mikilvægu gildi er vaxtarhraði alfa-tilfellisins hverfandi fyrir rauntíma líftíma. Yfir þessu stigi er vaxtarhraðinn mikill og getur leitt til þess að þunnveggja hitunarrörið skemmist á mánuðum.

Magnbundinn alfa-tilfellivöxtur á móti súrefnishlutþrýstingi við 300 gráður

Stýrðar prófanir með köfnunarefnis-súrefnissamsetningum við 300 gráður í 10.000 klukkustundir hafa sýnt alfa-tilfelli dýpt vaxtar fyrir Ti-gráðu 2. Við súrefnishlutþrýsting sem er 0,0001 atm (0,01% súrefni) hefur alfa{{9}2-5 áhrif og hefur því ekki veruleg áhrif á vélrænni eiginleikar. Dýpt er 5–10 µm við 0,0005 atm (0,05% súrefni), sem er ásættanlegt fyrir flest forrit með öryggismörk. Við mikilvæga þröskuldinn 0,001 atm (0,1% súrefni) er alfa-dýptin 8-15 {míkró}m eftir 10.000 klukkustundir, sem er hámarks leyfilegt hámark. Við 0,002 atm (0,2% súrefni) er dýptin aukin í 15–25 µm og mælanlegt tap á sveigjanleika sést. Við 0,005 atm (0,5% súrefni) er dýpið 25-40 µm og talsverð stökk sést . 35–60 µm alfa-caca dýpi við 0,01 atm (1% súrefni) með sprungum á hitauppstreymi. Við 0,1 atm (10% súrefni, dæmigert fyrir loft) er dýptin meira en 100 µm eftir 10.000 klukkustundir með alvarlega stökkleika.

Hitastig og útsetningartími Áhrif á súrefnisþol

Öruggur hlutþrýstingur súrefnis minnkar bratt með hitastigi. 8-15 µm alfa-dýpt eftir 10.000 klukkustundir við 300 gráður og 0,001 atm O2. Við 350 gráður og sama O2 þrýsting 0,001 atm eykst dýptin í 20–35 µm, sem er yfir leyfilegum mörkum. Við 300 C og 0,002 atm O 2 er dýptin 15-25 um, aftur yfir mörkin. Súrefnisþol er hærra við lægra hitastig, með 10.000 klst dýpi aðeins 5–10 µm við 250 gráður og 0,005 atm O2. Hærra súrefnismagn getur verið ásættanlegt fyrir útsetningartíma sem er styttri en 10.000 klukkustundir. Öruggur hámarkshlutþrýstingur súrefnis við 1000 klst. útsetningu við 300 gráður hækkar í 0,005 atm (0,5% súrefni) með 5–10 μm alfa-hólfsdýpt.

Niturteppi Súrefnishlutþrýstingsstýringarleiðbeiningar

Eftirfarandi tafla sýnir ráðleggingar um hámarks leyfilegan hlutþrýsting súrefnis í köfnunarefnisteppum yfir títaníumdýfingarhitara í 300 gráður saltböðum sem falla frá nauðsynlegum endingartíma og leyfilegri alfa-dýpt.

Æskilegur endingartími (klst.) Hámarks leyfilegur alfa-Dýpt (µm) Hámarksöruggur súrefnishlutþrýstingur (atm) Samsvarandi súrefnisstyrkur (%) Ráðlagður Nitur Hreinleiki 5,000 10 0.002 0.2% 99,8% 10,000 10 0.001 0.1% 2}9% 99,9. 50,000 20 0.0002 0.02% 99,98% 100,000 25 0.0001 0.01% 99,99%
Verkfræði handan hlutaþrýstings súrefnisstýringar

Einkunn títan hefur áhrif á hreyfihvörf alfa-tilfellaframleiðslu. 7. stig hegðar sér á svipaðan hátt og 2. stig í alfa-tilfellinu fyrir sama súrefnishlutþrýsting vegna þess að palladíum breytir ekki marktækt súrefnisdreifingu. Veggþykkt býður upp á efnisstyrk. Til dæmis, 2,0 mm veggur með alfa-dýpt 20 µm hefur 1,98 mm af sveigjanlegum kjarna sem er ásættanlegt, en 1,0 mm vegg með sama alfa-hólfinu hefur aðeins 0,98 mm af sveigjanlegum kjarna sem getur verið lélegur. Halda skal stöðugu eftirliti með köfnunarefnissænginni með því að nota súrefnisgreiningartæki sem stillt er á að gefa viðvörun við 0,05% súrefni (0,0005 atm) til að tryggja öryggismörk undir 0,1% mörkunum. Saltbaðsefnafræðin getur einnig haft áhrif á alfa-tilfellivöxt; klóríð óhreinindi í saltinu auka hraða súrefnisflutnings.

Upplýst forskrift.

Fyrir títaníumdýfihitara við 300 gráður C í eutektískt saltbaði með köfnunarefnisteppi, tilgreinið hámarkshlutþrýsting súrefnis upp á 0,001 atm (0,1 prósent súrefni) fyrir 10.000 klukkustunda líftíma. Súrefniseftirlit í köfnunarefnisteppinu ætti að vera stöðugt með viðvörun við 0,05% súrefni og samlæsingu til að slökkva á hitara ef súrefni er meira en 0,2%. Tilgreindu köfnunarefni með 99,9% lágmarks hreinleika, daggarmark undir -60 gráður til að tryggja þurrt. Tilgreindu 99,95% köfnunarefni (0,05% O₂) fyrir lengri endingartíma yfir 20.000 klukkustundir eða settu upp súrefnisgjafakerfi. Við gangsetningu er mikilvægt að athuga súrefnismagn á yfirborði hitarisins, ekki aðeins við gasinntakið, þar sem loft getur farið inn í gegnum þéttingar. Til að koma í veg fyrir hraðari vöxt alfa-hólfsins og stökkun títanhitara í háhita saltbaði, stýrir verkfræðingur súrefnishlutþrýstingnum í minna en 0,001 atm.