Hvordan ændrer den resterende kulstofforurening fra udsugning af smøremiddel (0,05 mg/cm² vs. 0.5 mg/cm²) den kritiske grubetemperatur for en titaniumvarmer i 1 % HCl ved 70 grader?

Resterende kulstofforurening af titaniumvarmerør fra klorerede paraffinsmøremidler er et almindeligt fremstillingsproblem. Når varmeren sættes i 1% saltsyre ved 70 grader, nedbrydes kulresten oxidativt på lokale punkter, hvilket etablerer reducerende omstændigheder, som fører til nedbrydning af den passive film. Den kritiske pitting-temperatur (CPT), som er den temperatur, ved hvilken stabil pitting starter, falder med stigningen i overfladekulstofforurening. For en ren overflade, der indeholder 0,05 mg/cm$^2$ kulstof, er CPT omkring 75 grader i 1 % HCl, hvilket giver en sikkerhedsmargin på omkring 70 grader. For en forurenet overflade med 0,5 mg/cm2 kulstof falder CPT til 50-55 grader, hvilket betyder, at pitting forekommer ved normale driftstemperaturer på 70 grader.

Mechanism of Carbon-Induceret sænkning af kritisk pitting-temperatur

Ved høje temperaturer kombineres resterende kulstof med spor ilt eller vand for at producere kulilte og kuldioxid. Denne reaktion bruger oxygen på titaniumoverfladen, hvilket producerer et lokalt reducerende miljø. Nedbrydning af den passive belægning fra TiO 2 til Ti 2 O 3 eller endda til metallisk titanium formindsker pitting potentialet. Kulstofpartikler bruges også som sprækkesteder, hvor chlorider kan koncentreres. Den kombinerede effekt forårsager et 15-25 graders fald i CPT ved moderate forureningsniveauer. Skiftet skaleres næsten logaritmisk med kulstofbelastning, hvor hvert årti med stigende kulstofforurening reducerer CPT med 10-15 grader C.

Kvantitativ variation af den kritiske pittemperatur med kulstofindhold

Titanium Grade 2 CPT-værdier er blevet bestemt ved kontrolleret potentiostatisk testning i afluftet 1% HCl med varierende mængder af overfladekulstof. CPT er 75-80 grader med kulstofforurening < 0,05 mg/cm2 (korrekt rengjort) og sikker drift ved 70 grader uden grubetæring efter 1.000 timer. Med kulstof på 0,05-0,10 mg/cm2 falder CPT til 65-70 grader; borderline operation ved 70 grader resulterer i pitting initiering efter 200-500 timer. Ved 0,10-0,25 mg/cm² kulstof er CPT 55-65 grader, pitting forekommer ved 70 grader på 50-200 timer, og huldybden er 0,1-0,3 mm på 500 timer. Ved 0,25-0,50 mg/cm2 kulstof sænkes CPT til 45-55 grader, og ved 70 grader opstår hurtig pitting inden for 10-50 timer med alvorligt angreb. Hvis der er synlige rester til stede, og kulstoffet er over 0,50 mg/cm², er CPT under 40 grader, og grubetæring forekommer umiddelbart ved 70 grader.

Indflydelse af HCl-koncentration på kulstofinduceret CPT-skift

Størrelsen af ​​CPT-skiftet er HCl-koncentrationsafhængig. For 0,5 % HCl er CPT 90 grader for en ren overflade og 70 grader for en overflade med 0,25 mg/cm2 kulstof, et skift på 20 grader. Ved 1,0 % HCl er den rene CPT 78 grader og den forurenede CPT er 58 grader, en anden 20 graders ændring. Ved 2,0 % HCl er den rene CPT 65 grader, og den forurenede CPT er 45 grader, en 20 graders forskydning igen. Den rene CPT er 55 grader ved 3,0 % HCl, mens den forurenede CPT er 35 grader, en ændring på 20 grader. Det ensartede 20 graders skift over koncentrationsområdet viser, at effekten af ​​kulstofforurening på den absolutte CPT er et konstant skift, ikke et relativt skift.

Grænser for kulstofforurening og rengøringsvalidering for 70 graders HCl-service

Følgende tabel viser de maksimale mængder kulstofforurening, der sikkert kan betjenes ved 70 grader i 1 % HCl, med anbefalede rengøringsmetoder og verifikationstest.

Mållevetid ved 70ºCVerifikationstest for påkrævet rengøringsmetode Maksimalt tilladt kulstof (mg/cm2)5 år<0.05Alkaline clean, ultrasonic, and vapor degreaseSolvent extraction + gravimetric 2-5 years <0.10Vapor degrease + alkaline washWater break test (continuous film)
1-2 år<0.15Visual inspection (no smears) Vapor degreasing solely
<1 year (intermittent) <0.25 Solvent wipe None
Not acceptable >0,25 Genrens N/A
Engineering Beyond Carbon Removal og karaktervalget

CPT-skiftet fra kulstofforureningen påvirkes af titaniumkvaliteten. Grad 7 (palladium-stabiliseret) har en baseline CPT 15-20 grader højere end grad 2, derfor har en forurenet grad 7 varmelegeme med 0,25 mg/cm2 kulstof en CPT på ~65 grader, hvilket stadig er under 70 graders drift. Så klasse 7 eliminerer ikke risikoen, det giver en margin. CPT påvirkes ikke af vægtykkelsen, men varigheden af ​​brøndudbredelsen påvirkes. En vægtykkelse på 2,0 mm med pitting med en hastighed på 0,1 mm i timen ville overleve i 20 timer, hvilket muliggør detektion. Kulstofforurening kan elimineres ved plasmarensning eller vakuumbagning ved 300 grader i 2 timer, hvilket sænker kulstof til under 0,01 mg/cm². ASTM F331 opløsningsmiddelekstraktion er den mest robuste metode til måling af resterende kulstof.

En kyndig specifikation

Behøver en maksimal resterende kulstofforurening på 0,05 mg/cm2 (opløsningsmiddelekstraktion ASTM F331) til en titaniumvarmer i 1% HCl ved 70 grader. Definer en rengøringsprocedure: dampaffedtning med trichlorethylen eller et alternativt acceptabelt opløsningsmiddel, alkalisk rengøring ved 60 grader i 10 minutter, ultralydsrensning i deioniseret vand og tørring i ren og filtreret luft. For vigtige applikationer, specificer en verifikationstest efter rengøring: Nedsænk en prøvekupon i 1 % HCl ved 70 grader i 168 timer og undersøg for pitting under 50× mag; afvis partiet, hvis der observeres gruber. Hvis kulstofniveauet er ukendt på eksisterende varmeapparater, skal du lave en vandbrudstest efter rengøring. Hvis vandet ikke danner en kontinuerlig hinde på overfladen, skal det renses igen. Ingeniøren kontrollerer den resterende kulstofforurening til 0,05 mg/cm2, således at den kritiske grubetemperatur er over 70 grader for at undgå for tidlig grubetæring i fortyndet saltsyredrift.