У нагрівачі з титанової оболонки, що піддається щоденному очищенню 10% фосфорною кислотою при 80 градусах, як якість промивної води (з водопровідної або деіонізованої) впливає на кінетику репасивації та подальше утворення точок під час експлуатації?

Під час промислових операцій нагрівачі з титанової оболонки поміщаються в умови корозії та миття, що чергуються, із щоденним циклом очищення з використанням 10% фосфорної кислоти при 80 градусах. Якість промивної води між циклами очищення має важливе значення для кінетики репасивації титанової поверхні. Деіонізована вода з питомим опором > 1 МОм·см забезпечує швидку репасивацію та утворення стабільної пасивної плівки протягом 10–30 хв. Водопровідна вода, що містить хлориди (зазвичай 50–200 частин на мільйон) та інші іони, уповільнює репасивацію, збільшуючи час для досягнення стабільного шару до 2–6 годин і залишаючи адсорбовані хлориди на поверхні, які служать місцями початку піттингу під час подальшої роботи. Якість обраної промивної води безпосередньо впливає на щільність пітингу та термін служби нагрівача.

Механізм впливу промивної води на кінетику репасивації

Після обробки 10% фосфорною кислотою поверхня титану знаходиться в активному або частково пасивному стані. Кислота видаляється шляхом промивання, але вона також встановлює хімічний склад розчину, в якому відбувається репасивація. Деіонізована вода забезпечує чисте середовище з низькою електропровідністю для рівномірного росту титанової пасивної плівки. Ворожі іони відсутні, і може утворитися щільний стехіометричний шар TiO2. Іони хлориду з водопровідної води адсорбуються на поверхні титану та конкурують з киснем за місця адсорбції. Крім того, хлориди зупиняють створення пасивної плівки та можуть потрапити під оксид під час його формування, спричиняючи слабкі місця, які почнуть виявляти ямки, коли нагрівач знову буде введено в експлуатацію. Час репасивації - це час, необхідний для того, щоб щільність струму корозії впала нижче 1 мкА/см2 після промивання.

Кількісний час репасивації та швидкість піттингу різної якості промивної води

Контрольоване випробування титанових купонів 2-го класу з використанням щоденного 1-годинного занурення в 10% фосфорну кислоту при 80 градусах з подальшим 15-хвилинним промиванням і потім зануренням у 3% NaCl при 60 градусах для копіювання експлуатації встановило наступну поведінку протягом 30 циклів. Час репасивації після промивання деіонізованою водою з питомим опором 18 МОм·см становить 10–30 хвилин, товщина пасивної плівки через 1 годину становить 3–5 нм, щільність пітингу при наступній експлуатації становить 0–5 пітінгів на см², а максимальна глибина піттингу після 500 годин становить 0–20 мкм. Цей виступ вважається чудовим. Час репасивації в пом’якшеній водопровідній воді (питомий опір 10 000 Ом·см, 20 ppm хлориду) збільшується до 30–90 хв, товщина плівки через 1 годину становить 2–4 нм, щільність пітингу становить 5–20 пітінгів/см2, а глибина пітінгу становить 20–80 мкм, що вказує на хорошу продуктивність. звичайна водопровідна вода, питомий опір 2000 Ом-см, час репасивації хлориду 100 ppm 1-3 години Товщина плівки через 1 годину 1-3 нм щільність пітингу 20-80 пітінгів/см2 Глибина пітінгу 80-200 мм від середнього до поганого. Жорстка водопровідна вода має час репасивації 3–6 годин, товщину плівки 1–2 нм через 1 годину, щільність пітингу > 80 пітінгів/см² і глибину пітінгів > 200 мкм при питомому опорі 500 Ом·см і 200 ppm хлориду, що є неприйнятним.

Вплив тривалості полоскання та температури на якість репасивації

Ефективність полоскання залежить від якості води та параметрів полоскання. 5-хвилинне промивання деіонізованою водою призвело до 80% репасивації порівняно з 30-хвилинним промиванням. 60-хвилинне полоскання водопровідною водою з вмістом хлориду 100 ppm не еквівалентно 10-хвилинному полосканню деіонізованою водою з точки зору якості репасивації. Температура води для полоскання є ще одним важливим фактором; тепла вода для промивання (40 градусів) покращує кінетику репасивації на 30–50% порівняно з холодною водою для промивання (20 градусів) як для деіонізованої, так і для водопровідної води. Але тепла водопровідна вода може призвести до концентрації хлоридів протягом процесу сушіння, що погіршить результат. Для будь-якої якості води додатковою перевагою є остаточне полоскання деіонізованою водою після основного полоскання.

Цикли очищення фосфорною кислотою - Керівництво щодо вибору якості промивної води

Рекомендації щодо якості промивної води для щоденних циклів очищення 10% фосфорною кислотою при температурі 80 градусів наведено в наступній таблиці залежно від бажаної стійкості до точкових утворень і терміну служби при наступному користуванні, що містить-хлорид.

Бажана щільність піттингу (піттинг/см2) через 500 годин Максимально допустимий хлорид у воді для промивання (ppm) Мінімальний рекомендований питомий опір промивної води (Ом·см) Рекомендована тривалість промивання (хвилини) Необхідне остаточне промивання<5 <10 >100,000 15 Так (DI спрей)
5 - 20 10 - 50 10,000 - 100,000 20 Рекомендовано
20–80 50–150 1,000–10,000 30 Recommended >80 >150 <1,000 60+ Not effective Engineering Beyond Rinse Water Quality Control

Сорт титану впливає на кінетику репасивації. Рівень 7 (стабілізований паладієм) репасивується в 2-3 рази швидше, ніж клас 2, у будь-якій якості промивної води, знижуючи чутливість до забруднення хлоридами. Товщина стінки забезпечує допуск на виточки. Стінка товщиною 2,0 мм із помірними ямками від промивання водопровідною водою може прослужити 5–8 років, але стінка товщиною 1,2 мм виходить з ладу швидше. Техніка сушіння після полоскання важлива. Примусова сушка гарячим повітрям при 60 градусах протягом 10 хвилин усуває залишки вологи, уникаючи зон концентрації хлоридів. Якщо об’єм деіонізованої води обмежений,-рентабельним компромісом є двоетапне промивання (водопровідна вода, а потім деіонізована вода).

Надання обґрунтованої специфікації

Для обігрівача з титанової оболонки, який щодня використовується з 10% фосфорною кислотою при 80 градусах, а потім піддається впливу середовища, що містить хлорид, використовуйте дво-етапне промивання. Початкове промивання водопровідною водою протягом 1 хвилини, а потім остаточне промивання деіонізованою водою з питомим опором 18 МОм·см протягом 10 хвилин при 40 градусах. Вкажіть, щоб вода для кінцевого промивання містила менше 10 ppm хлоридів. Якщо деіонізована вода недоступна для існуючих установок, додайте деіонізаційний картридж до лінії промивання або подовжте час промивання до 60 хвилин за допомогою примусового сушіння повітрям. Після процедури промивання під час введення в експлуатацію тестовий зразок був виміряний на потенціал репасивації. Значення менше ніж -0,1 В порівняно з Ag/AgCl у 3% NaCl вказує на неповну репасивацію та потребує довшого або якіснішого промивання. Інженер використовує деіонізовану воду для промивання, а не воду з-під крана, для швидкої репасивації та відсутності подальшої точкової обробки під час експлуатації.