עבור מוט חום טיטניום דרגה 7 המשמש לשמירה על 85 מעלות באמבט ציפוי אבץ אמוניום כלוריד, מדוע שכבת העשרת הפלדיום פוגעת בעדיפות במניסקוס?

אמבטיות ציפוי אבץ אמוניום כלוריד כוללות ZnCl 2 (50-100 גרם/ליטר), NH 4 Cl (50-150 גרם/ליטר) ותוספות אורגניות שונות ב-pH 4-6. אמבטיות אלו מופעלות ב-85 מעלות. טיטניום דרגה 7 (Ti-0.15Pd) נבחר בגלל עמידות הקורוזיה המשופרת שלו בשל שכבת פני השטח המעשרת פלדיום שנוצרה במהלך העיבוד. מניסקוס אדי נוזל, שהוא קו המים, יוצר בית גידול מובחן. הציפוי הדק האלקטרוליט מתאדה במהירות, מרכז כלורידים ויוני אמוניום. פירוק סלקטיבי של Pd משכבת ​​ההעשרה נגרמת מריכוז כלוריד גבוה ו-pH מקומי גבוה (עקב בריחת אמוניה). פלדיום היא מתכת אצילה, אך היא אינה חסינה בפני קומפלקס על ידי אמוניום כלוריד מרוכז. לאחר מיצוי הפלדיום, הטיטניום הבסיסי כבר אינו מוגן קתודית ומחליד באופן מועדף, יוצר חריץ היקפי הגורם לכשל בטרם עת.

מנגנון התקפה של שכבת העשרת פלדיום

The palladium enrichment layer is generally 20–100 nm thick and palladium is enriched at grain boundaries and surface defects . Cyclic wetting and drying at the meniscus concentrates NH4Cl to near saturation . Ammonium ions complex palladium: Pd + 4NH3 + 2H+ -->[Pd(NH3)4]2+ + H2 . קומפלקס זה מסיס והוא מוריד את הפלדיום מפני השטח. הטיטניום שמתחתיו, שהוסר כעת מהפלדיום שלו, אינו יכול להישאר פסיבי בסביבת הכלוריד המרוכז. קורוזיה פעילה מתחילה. נוצר חריץ היקפי. החריץ מעמיק כ-0.3-0.8 מ"מ לשנה, ולבסוף מחורר את דופן הצינור. כשל זה קורה למרות שרוב התנור במצב מצוין.

שיעורי קורוזיה כמותיים של המניסקוס עבור Ti Gr. 7

נעשה שימוש בבדיקה מבוקרת באמבט אמוניום כלוריד אבץ (80 גרם/ליטר ZnCl 2, 100 גרם/ליטר NH 4 Cl, pH 5.2, 85 מעלות) עם מניסקוס נייח כדי לקבוע שיעורי קורוזיה מקומיים בקו המים. קורוזיה אחידה של 0.01-0.03 מ"מ בלבד בשנה נצפית על פני השטח (שקוע במלואו), הסרט הפסיבי שלם ופלדיום אינו אובד. קורוזיה באזור האדים (יותר מ-10 מ"מ מעל הנוזל) היא על ידי הרטבה מזדמנת בקצב של 0.05-0.15 מ"מ בשנה. אזור המניסקוס (0-10 מ"מ מעל הנוזל) מותקף בצורה הקשה ביותר עם שיעורי קורוזיה של 0.30-0.70 מ"מ בשנה. השכבה המועשרת בפלדיום מתרוקנת במהלך חשיפה של 100-300 שעות במיניסקוס ונוצר חריץ בעומק של 0.2-0.5 מ"מ לאחר 500 שעות. לשם השוואה, לטיטניום דרגה 2 (ללא פלדיום) יש שיעורי קורוזיה דומים של המניסקוס של 0.40-0.90 מ"מ בשנה. זה מצביע על כך שלאחר הפסדת פלדיום, לכיתה ז' אין יתרון על פני כיתה ב'.

כימיה של אמבטיה וחומרת התקף המניסקוס

עוצמת התקפת המניסקוס תלויה מאוד בתכולת האמוניום כלוריד וב-pH. עבור 50 גרם/ליטר NH4Cl ו-pH 5.5, קצב הקורוזיה של המניסקוס הוא 0.15-0.30 מ"מ לשנה ודלדול הפלדיום דורש 500-1,000 שעות. ב-100 גרם/ליטר NH4Cl ו-pH 5.0 הקצב עולה ל-0.30-0.70 מ"מ/שנה והדלדול נצפה תוך 200-400 שעות. הקצב הוא 0.50-1.00 מ"מ לשנה ב-150 גרם/ליטר NH4Cl ו-pH 4.5 עם דלדול תוך 100-250 שעות. תוספות אורגניות באמבטיה עלולות להפריע למורכבות. עם תוספים ייחודיים מסוימים ב-100 גרם/ליטר NH 4 Cl קצב הקורוזיה יורד ל-0.20-0.40 מ"מ לשנה וזמן הדלדול מתארך ל-300-600 שעות. השפעת הטמפרטורה מעורבת גם כן. הורדת טמפרטורת האמבט מ-85 מעלות ל-70 מעלות מביאה להפחתה בקורוזיה של המניסקוס של כ-40%.

מחממי דרגה 7 - מדריך למניעת קורוזיה במניסקוס

הטבלה שלהלן מכילה המלצות למניעת התקף מועדף במיניסקוס באמבטיות ציפוי אבץ אמוניום כלוריד בהתבסס על הגדרת המחמם והגבלות תפעול.

התקנה ותפעול תנור חימום מומלצים הפחתה צפויה שיעור קורוזיה של המניסקוס (מ"מ/שנה) הארכת חיי השירות
מחמם אנכי, מפלס נוזל קבוע הרכבה אופקית (ללא מניסקוס)<0.05 10×
מפלס משתנה, מחמם אנכי התקן בקרת מפלס להעלמת מניסקוס נייח 0.10–0.20 3–5× שרוול כיווץ PTFE של מחמם אנכי קיים (אורך 50 מ"מ) במניסקוס<0.05 10× Any configuration Grade 7 neededAccept meniscus corrosion; annual heater replacement 0.30–0.70 NA
החלפות תכופות של אמבטיה (שבועי) דרגה 2 עם דופן עבה יותר (2.0 מ"מ) 0.40-0.70 2-3 שנים
הגנה על מניסקוס ויותר מהנדסה

שכבת העשרת הפלדיום היא ספציפית לדרגה 7 והיא תוצאה של עיבוד חם. לדרגה 2 אין שכבה כזו, אלא פוגעת באופן אחיד במיניסקוס, אך בקצב דומה לזה של דרגה 7 המדולדלת. דרגה 12 (מוליבדן-ניקל) מכילה שכבת העשרה סגסוגת, אך פחות רגישה לקומפלקס אמוניום וניתן להשתמש בה כחלופה למתקנים אנכיים. עובי הקיר מציע קצבת קורוזיה, למשל . 2.0 מ"מ קיר עם 0.5 מ"מ לשנה קורוזיה מניסקוס ייתן שירות של 4 שנים לפני ניקוב. התנהגות המניסקוס מושפעת מגימור פני השטח של הצינור. משטחים מלוטשים אלקטרו (Ra <0.3 מיקרומטר) מפחיתים את השטח לקומפלקס של פלדיום ומקטינים את הדלדול ב-30-50%. אזור המניסקוס נשטף מדי פעם מדי יום במים דה-יונים, אשר מסירים מלחים מרוכזים ומפחיתים את שיעור הקורוזיה ב-70%.

ביצוע מפרט מושכל

בציון מחמם טיטניום דרגה 7 עבור אמבט ציפוי אבץ אמוניום כלוריד ב-85 מעלות, תכנן את המתקן לטבילה אופקית במידת האפשר. אם הרכבה אנכית היא בלתי נמנעת, ציין שרוול כיווץ של PTFE, באורך 50 מ"מ, בעובי 1 מ"מ במפלס הנוזל המוקרן כדי להגן על הטיטניום מהסביבה של המניסקוס המרוכז. רססו תנורי חימום אנכיים במים פעם בשבוע כדי לדלל את אזור המניסקוס. בדוק את אזור קו המים עם בורסקופ כל 3 חודשים במהלך הפעולה. אם חריץ כלשהו עמוק מ-0.3 מ"מ, סובב את המחמם 180 מעלות כדי להציג משטח רענן. עבור התקנות חדשות הדורשות כיוון אנכי, אפשרות נוספת היא טיטניום דרגה 12, אשר פחות רגיש למורכבות אמוניום. כאשר המהנדס לומד ששכבת העשרת הפלדיום קורוזיה באופן סלקטיבי במיניסקוס, הוא יכול לנקוט באמצעי נגד יעילים כדי למנוע כשל בטרם עת של מחממי טיטניום דרגה 7 בשירות ציפוי אבץ אמוניום כלוריד.