עבור מוט חום טיטניום שקוע בתמיסת חומצה הידרופלואורית של 0.5% עם 2% חומצה חנקתית ב-40 מעלות, כיצד היחס של HNO₃ ל-HF (2:1 לעומת . 5:1) משנה את מורפולוגיית הקורוזיה מפיתול לדילול אחיד?

היחס בין HNO₃ ל-HF בתערובת של חומצות הידרופלואוריות (HF) וחומצות חנקתיות (HNO₃) שולט במורפולוגיה של הקורוזיה. ביחס נמוך של 2:1 (לדוגמה . 0.5% HF + 1% HNO3) שולטת הבור עקב פסיבציה לא מלאה. ביחס גבוה (5:1, למשל 0.5% HF + 2.5% HNO₃) דילול אחיד שולט מכיוון שציפוי החנקתי המחמצן מונע פירוק מקומי. מעבר זה מתרחש מכיוון שחומצה חנקתית מחמצנת את פני הטיטניום ומקדמת פסיביות, בעוד חומצה הידרופלואורית ממיסה את הסרט הפסיבי.

מנגנון מעבר מורפולוגי עם יחס חומצה

חומצה חנקתית היא חומר מחמצן והיא יוצרת ציפוי מגן של TiO₂ על טיטניום. חומצה הידרופלואורית ממיסה TiO2 ל-TiF6 מסיס^2- . בריכוזים גבוהים של HNO3 ביחס ל-HF קצב יצירת הסרט עולה על קצב פירוק הסרט ומתקבל סרט פסיבי יציב. הסרט אחיד והקורוזיה אחידה. בריכוזי HF גבוהים בינוניים, הציפוי מופשט ללא הרף באזורים פגיעים וכתוצאה מכך מתקפה מקומית ובור.

מורפולוגיה קורוזיה כמותית HNO3/HF יחס

התוצאות של בדיקות מבוקרות עם טיטניום דרגה 2 בתערובות של 0.5% HF ומשתנה HNO 3 ב-40 מעלות למשך 500 שעות הן כמפורט להלן. ביחס HNO₃/HF 1:1 (0.5% HNO₃) קצב הקורוזיה הוא 0.8-1.5 מ"מ לשנה, המורפולוגיה היא חריפות חמורה וצפיפות הגורות היא 100-300 בורות/סמ"ר. זה 0.5–1.0 מ"מ/שנה ב-2:1 (1.0% HNO3), מורפולוגיה של בור, 50-150 בורות/ס"מ2. 3.1 (1.5% HNO3) 0.3-0.6 מ"מ/שנה מעורב 10-50 בורות/ס"מ2 בשיעור 4:1 (2.0% מ"מ, 2.0 מ"מ, H0) שנה. המורפולוגיה היא דילול אחיד והצפיפות היא 5-20 בורות/סמ"ר. המורפולוגיה הומוגנית ב-5:1 (2.5% HNO₃) עם קצב של 0.15-0.30 מ"מ בשנה וצפיפות < 5 בורות לסמ"ר. 10:1 (5.0% HNO3) הקצב הוא 0.10-0.20 מ"מ לשנה, המורפולוגיה/צפיפות אחידה 0.

השפעת הטמפרטורה על היחס הנדרש של HNO₃/HF עבור קורוזיה אחידה

עם הטמפרטורה, היחס המינימלי HNO 3 /HF עבור קורוזיה אחידה עולה. היחס הוא 3:1 ב-25 מעלות, והיחס המוצע הוא 4:1. היחס ב-40 מעלות צלזיוס הוא 4:1 והמוצע הוא 5:1. היחס ב-50 מעלות הוא 5:1 והיחס המוצע הוא 6:1. ב-60 מעלות היחס הוא 6:1 והיחס המומלץ הוא 8:1. היחס הוא 8:1 ב-70 מעלות והמומלץ הוא 10:1. טמפרטורות גבוהות יותר מאיצות התקפת HF ודורשות יותר HNO 3 כדי לשמור על פסיביות.
**מדריך לבקרת יחס חומצה באמבטיות כבישה HF/HNO₃

להלן טבלת המלצות ליחס HNO₃/HF עבור מחממי טיטניום דרגה 2 ודרגה 7 בתערובות HF/HNO₃ ב-40 מעלות.

יחס HNO₃/HF מומלץ עבור מורפולוגיה רצויה דרגה 2 קצב קורוזיה (מ"מ/שנת) קצב קורוזיה (מ"מ/שנה) דרגה 7 סיכון להתפרצות
Pitting (avoid) High >3:1 >0.5 >0.3
מעורב 3–4:1 0.3–0.6 0.2–0.4 בינוני
מדים מקובלים 4-5:1 0.2-0.4 0.12-0.25 נמוך
אחיד (אידיאלי) 5–6:1 0.15–0.30 0.10–0.20 נמוך מאוד
Uniform (conservative) >6:1 <0.15 <0.10 None Engineering Beyond Acid Ratio Control

לדרגת הטיטניום השפעה משמעותית על היחס הנדרש. דרגה 7 (מייצב פלדיום-) מראה קורוזיה אחידה ביחס HNO₃/HF נמוך יותר (3:1 בהשוואה ל-4:1 עבור דרגה 2) ושיעורי קורוזיה נמוכים ב-30-50%. עובי הקיר הוא קצבת קורוזיה; קיר 2.0 מ"מ (קורוזיה אחידה 0.20 מ"מ לשנה) יש 10 שנים. ניתוח יומי של אמבט הכבישה לריכוזי HF ו-HNO3. אם היחס קטן מ-4:1 הוסף HNO 3 . הטמפרטורה צריכה להישמר בטווח של ±2 מעלות . יש לערבב את האמבט כדי לשמור על ההרכב אחיד.

כתיבת מפרט חכם

מוט חום טיטניום בתמיסת HNO3 0.5% + 2% HNO3 ב-40 מעלות (יחס HNO3/HF 4:1) הוא בעל שיעור קורוזיה של 0.2-0.4 מ"מ בשנה עם מורפולוגיה מעורבת. אם ריכוז ה-HNO₃ גדל ל-2.5% (יחס 5:1) ניתן להוריד את הקצב ל-0.15-0.30 מ"מ לשנה לדילול אחיד. עבור טיטניום דרגה 7 אותו יחס (5 ל-1) מניב 0.10 עד 0.20 מ"מ בשנה. בדוק את יחס החומצה באופן קבוע, והוסף HNO₃ לפי הצורך. כאשר היחס HNO3 ל-HF גדול מ-4:1, המהנדס יכול לשנות את מורפולוגיית הקורוזיה מ-pitting לדילול אחיד ולכן לחזות את חיי המחמם.