במחמם נדן טיטניום הנתון לניקוי יומיומי עם 10% חומצה זרחתית ב-80 מעלות, כיצד איכות מי השטיפה (ברז לעומת דה-יוניזציה) משפיעה על קינטיקה של ה-Repassivation והחרור לאחר מכן בשירות?

בפעולות תעשייתיות, מחממי נדן טיטניום מוכנסים לתנאים קורוזיביים וכביסה לסירוגין עם מחזור ניקוי יומי, תוך שימוש ב-10% חומצה זרחתית ב-80 מעלות. איכות מי השטיפה בין מחזורי הניקוי חיונית לקינטיקה של ה-repassivation של משטח הטיטניום. מים דה-יונים בעלי התנגדות של > 1 MΩ·cm מאפשרים רזולוציה מהירה והיווצרות של סרט פסיבי יציב תוך 10-30 דקות. מי ברז המכילים כלורידים (בדרך כלל 50-200 עמודים לדקה) ויונים אחרים מאטים את הפאסיבציה מחדש, מגדילים את הזמן להשגת שכבה יציבה ל-2-6 שעות, ומשאירים כלורידים נספגים על פני השטח המשמשים כאתרי התחלה של שקעים במהלך פעולה מאוחרת יותר. איכות מי השטיפה שנבחרו משפיעה ישירות על צפיפות הגלילה וחיי השירות של המחמם.

מנגנון ההשפעה של מי שטיפה על הקינטיקה של רפסיבציה

לאחר טיפול בחומצה זרחתית 10% משטח הטיטניום במצב פעיל או פסיבי חלקית. החומצה מוסרת על ידי שטיפה, אך היא גם קובעת את הכימיה של התמיסה שבה מתרחשת הפסיביות מחדש. המים המנוזלים מספקים סביבת מוליכות נמוכה ונקייה לצמיחה אחידה של הסרט הפסיבי של טיטניום. אין יונים עוינים וניתן ליצור שכבת TiO2 סטוכיומטרית צפופה. יוני כלוריד ממי ברז נספגים על פני הטיטניום ומתחרים עם חמצן על אתרי ספיחה. כמו כן, כלורידים עוצרים את יצירת הסרט הפסיבי, ויכולים להילכד מתחת לתחמוצת תוך כדי היווצרותה, ולגרום לנקודות חלשות שיתחילו להתנקות כאשר המחמם יוחזר לשירות. זמן ה-repassivation הוא הזמן הנדרש לצפיפות זרם הקורוזיה לרדת מתחת ל-1 µA/cm2 לאחר השטיפה.

זמני רפסיבציה כמותיים ושיעורי בור של איכויות מי שטיפה שונות

בדיקה מבוקרת של קופוני טיטניום דרגה 2, תוך שימוש בטבילה יומית של שעה אחת בחומצה זרחתית של 10% ב-80 מעלות, ואחריה שטיפה של 15 דקות ולאחר מכן טבילה ב-3% NaCl ב-60 מעלות לשכפל שירות, ביססה את ההתנהגות הבאה במשך 30 מחזורים. זמן ההפאססיביות מחדש בשטיפה במים דה-יונים בעלי התנגדות של 18 MΩ·cm הוא 10-30 דקות, עובי הסרט הפסיבי לאחר שעה אחת הוא 3-5 ננומטר, צפיפות הבור בשירות לאחר מכן היא 0-5 בורות לס"מ² ועומק הבור המרבי לאחר 500 שעות הוא 0-20 µm. הביצוע הזה נחשב נהדר. זמן ההפסקה מחדש במי ברז מרוככים (התנגדות של 10,000 Ω·cm, 20 ppm כלוריד) גדל ל-30-90 דקות, עובי הסרט לאחר שעה אחת הוא 2-4 ננומטר, צפיפות הבור היא 5-20 בורות/סמ"ר ועומק הבור הוא 20-80 בעומק הבור טוב. מי ברז רגילים, התנגדות של 2000 אוהם-ס"מ, זמן הפחתת כלוריד מחדש של 100 עמודים לדקה 1-3 שעות עובי סרט לאחר שעה 1-3 ננומטר צפיפות בור 20-80 בורות/סמ"ר עומק בור 80-200 מ"מ בינוני עד דל. למי הברז הקשים יש זמן רזולוציה חוזרת של 3-6 שעות, עובי סרט של 1-2 ננומטר לאחר שעה, צפיפות בור של > 80 בורות/סמ"ר ועומק בור של > 200 מיקרומטר בהתנגדות של 500 Ω·ס"מ ו-200 ppm כלוריד, וזה לא מקובל.

השפעת משך השטיפה והטמפרטורה על איכות ההפסקה מחדש

יעילות השטיפה היא פונקציה של איכות המים והפרמטרים של השטיפה. שטיפה של 5 דקות במים דה-יונים הביאה ל-80% רפסיבציה בהשוואה לשטיפה של 30 דקות. שטיפה של 60 דקות במי ברז עם 100 ppm כלוריד אינה שוות ערך לשטיפה של 10 דקות במים דה-יוניים מבחינת איכות ה-repassivation. טמפרטורת מי השטיפה היא גורם חשוב נוסף; מי שטיפה חמים (40 מעלות) משפרים את קינטיקה של ה-repassivation ב-30-50% בהשוואה למי שטיפה קרים (20 מעלות) הן עבור מי הברז והן מפוזרים. אבל, מי ברז חמים עלולים לגרום לכלורידים להתרכז לאורך תהליך הייבוש ולהחמיר את התוצאה. עבור כל איכויות המים, יתרון נוסף הוא שטיפה אחרונה במים דה-יונים לאחר השטיפה הראשית.

מחזורי ניקוי חומצה זרחתית - מדריך לבחירת איכות מי השטיפה

המלצות לאיכות מי השטיפה למחזורי ניקוי יומיים עם 10% חומצה זרחתית ב-80 מעלות ניתנות בטבלה הבאה, בהתאם להתנגדות הרצויה לחרחורים ולאורך חיי השירות בשירות המכיל כלוריד-לאחר מכן.

צפיפות בור רצויה (בורות/סמ"ר) לאחר 500 שעות כלוריד מקסימלי מותר במי שטיפה (ppm) התנגדות מי שטיפה מינימלית מומלצת (Ω·ס"מ) משך שטיפה מומלץ (דקות) שטיפה סופית נדרשת<5 <10 >100,000 15 כן (ספריי DI)
5 - 20 10 - 50 10,000 - 100,000 20 מומלץ
20–80 50–150 1,000–10,000 30 Recommended >80 >150 <1,000 60+ Not effective Engineering Beyond Rinse Water Quality Control

דרגת הטיטניום משפיעה על קינטיקה של ה-repassivation. דרגה 7 (פלדיום-מיוצבת) מחזירה פסיביות פי 2- מהר יותר מדרגה 2 בכל איכות של מי שטיפה, מה שמפחית את הרגישות לזיהום כלוריד. עובי הקיר מציע קצבת בור. דופן בגודל 2.0 מ"מ, עם שקעים מתונים משטיפת מי ברז, עשויה להחזיק מעמד 5-8 שנים, אך קיר של 1.2 מ"מ ייכשל מוקדם יותר. טכניקת הייבוש לאחר השטיפה חשובה. ייבוש אוויר חם כפוי ב-60 מעלות למשך 10 דקות מבטל את שאריות הלחות, תוך הימנעות מאזורי ריכוז כלוריד. אם נפח המים המופחתים מוגבל, פשרה{17}}חסכונית היא שטיפה דו-שלבית (מי ברז ואחריהם מים מפושטים).

מתן מפרט מושכל

עבור מחמם מעטפת טיטניום המשמש מדי יום עם 10% חומצה זרחתית ב-80 מעלות ולאחר מכן נחשף לסביבה המכילה כלוריד, השתמש בשטיפה דו--שלבית. שטיפה ראשונית במי ברז למשך דקה אחת ולאחריה שטיפה אחרונה במים מפושטים בעלי התנגדות של 18 MΩ·cm למשך 10 דקות ב-40 מעלות. ציין את מי השטיפה הסופיים בפחות מ-10 ppm כלורידים. אם מים דה-יונים אינם זמינים עבור מתקנים קיימים, הוסף מחסנית דה-יוניזציה לקו השטיפה או הארך את זמן השטיפה ל-60 דקות עם ייבוש באוויר מאולץ. לאחר הליך השטיפה במהלך ההפעלה, נמדד קופון בדיקה עבור פוטנציאל הרפסיבציה. ערך הנמוך מ--0.1 V לעומת Ag/AgCl ב-3% NaCl מצביע על החזרה לא מלאה ודורשת שטיפה ארוכה יותר או באיכות גבוהה יותר. המהנדס משתמש במי כביסה דה-יוניים ולא במי ברז לריפסיבציה מהירה וללא יציאות נוספות בשירות.