При каква конкретна комбинация от концентрация на натриев хидроксид и температура на повърхността на обвивката 1,2 милиметрова обвивка от неръждаема стомана 316 изисква подмяна на всеки шест месеца при обслужване на нагревател за вана за гравиране на алуминий?

Инженерите по процеси, които работят върху електрически потопяеми нагреватели във вани за ецване на алуминий за космическата, автомобилната и електронната промишленост, използват основно натриев хидроксид като ецващ агент. Типичните разтвори за ецване са 5-15% NaOH при 60-80 градуса и ще премахнат алуминиевия оксид и ще разтворят металния алуминий. Обикновено 1,2 mm обвивка от неръждаема стомана 316 се използва за приспособяване на пространствените ограничения на резервоарите за ецване и нуждите от термична реакция. Въпреки това, високата концентрация на каустик, високата температура и продуктите на разтваряне на алуминия водят до агресивна среда. При определени прагови нива общата корозия атакува стената от 1,2 mm за шест месеца и налага подмяна на всеки шест месеца. Статията уточнява точните концентрации и температури, при които обвивка от 1,2 mm 316 достига своя шестмесечен лимит на експлоатационен живот.

Корозионно поведение на 316 в натриев хидроксид, съдържащ разтворен алуминий
При температури под 60 градуса неръждаемата стомана 316 може да остане пасивна и да има скорости на корозия под 0,1 mm на година в разтвори на натриев хидроксид над 5%. Но колкото по-висока е температурата, толкова по-малко стабилен е пасивният филм. Офортът създава разтворен алуминий, който ускорява корозията, като произвежда алуминатни йони, които атакуват пасивния филм. Скоростта на корозия без алуминий е 0,2-0,4 mm/година при 70oC в 10% NaOH. Скоростта е 0,5–1,0 mm на година с 10 g/L разтворен алуминий. При алуминий при 80 градуса скоростите са 1,0–2,0 mm/година. За обвивка от 1,2 mm минималната конструктивна дебелина за задържане под налягане е около 0,5 mm. Проникване на корозия от 0,7 mm за 6 месеца при 1,4 mm/год. Шестмесечният лимит за смяна е достигнат, когато комбинацията от концентрация на каустик, температура и съдържание на алуминий даде скорост на корозия от 1,2–1,8 mm на година.

Критични прагове за шестмесечен експлоатационен живот
Тестване с потапяне на 316 проби в разтвори на натриев хидроксид с разтворен алуминий, характерен за обслужване във ваната за ецване, показва, че стена от 1,2 mm има максимален експлоатационен живот от шест месеца за следните комбинации от концентрация на каустик и температура на повърхността на обвивката.

Концентрация на натриев хидроксид (тегл. %) Разтворен алуминий (g/L) Температура на насипната баня Температура на повърхността на обвивката при 6 W/cm2 (12 градуса покачване) Очаквана скорост на корозия Време за намаляване 1,2 mm до 0,5 mm Експлоатационен живот 5% 5 70 степен 82 градуса 0,4 – 0,7 mm/година 1,0 – 1,8 години 12 – 22 месеца 5% 10 70 степен 82 степен 0,6 – 1,0 mm/година 0,7 – 1,2 години 8 – 14 месеца 5% 15 70 степен 82 степен 0,8 – 1,3 mm/година 0,5 – 0,9 години 6 – 11 месеца 8% 5 65 степен 77 степен 0,5 – 0,9 mm/година 0,8 – 1,4 години 9 – 17 месеца 8% 10 65 степен 77 степен 0,8 – 1,3 mm/година 0,5 – 0,9 години 6 – 11 месеца 8% 15 65 степен 77 степен 1,0 – 1,6 mm/година 0,4 – 0,7 години 5 – 8 месеца
10% 5 60 градуса 72 градуса 0.6 - 1.0 mm/година 0.7 - 1.2 години 8 - 14 месеца
10% 10 60 степен 72 степен 0,9 – 1,5 mm/година 0,5 – 0,8 години 6 – 9 месеца
10% 15 60 степен 72 степен 1,2 – 1,9 mm/година 0,4 – 0,6 години 5 – 7 месеца
12% 5 55 степен 67 степен 0,8 – 1,3 mm/година 0,5 – 0,9 години 6 – 11 месеца 12% 10 55 степен 67 степен 1,1 – 1,8 mm/година 0,4 – 0,6 години 5 – 7 месеца
12% 15 55 степен 67 степен 1,4 – 2,2 mm/година 0,3 – 0,5 години 4 – 6 месеца
15% 5 50 степен 62 степен 1,0 – 1,6 mm/година 0,4 – 0,7 години 5 – 8 месеца
15% 10 50 степен 62 степен 1,3 – 2,0 mm/година 0,4 – 0,5 години 4 – 6 месеца
15% 15 50 степен 62 степен 1,6 – 2,5 mm/година 0,3 – 0,4 години 3 – 5 месеца
За 10% NaOH баня за ецване на алуминий с 10 g/L разтворен алуминий при 60 градуса C насипна температура с обвивка от 1,2 mm при 6 W/cm2, температурата на повърхността на обвивката е около 72 градуса C. Предвижда се корозията да продължи със скорост от 0,9 до 1,5 mm на година, намалявайки стената до 0,5 mm за 5 до 8 месеца. Шест{14}}месечна замяна е подходяща.

Безопасен работен плик 6-месечен график за смяна
Подмяната е необходима, за да се постигне минимален експлоатационен живот от шест месеца, преди стената да бъде намалена до 0,5 mm. Максималната безопасна температура на натриев хидроксид в насипно състояние за 1,2 mm 316 обвивка при различни плътности във вата е дадена в следващата таблица. Стойностите са за 10 g/L разтворен алуминий, представителен за вани за ецване.

Плътност във ватове (Повишаване на температурата) Макс. обемна температура. 5% NaOH Макс. обемна температура. 8% NaOH Макс. обемна температура. 10% NaOH Макс. обемна температура. 12% NaOH Макс. обемна температура. 15% NaOH
4 W/cm² (8 градуса нарастване) 74 градуса 68 градуса 62 градуса 57 градуса 52 градуса 6 W/cm² (12 градуса нарастване) 70 градуса 64 градуса 58 градуса 53 градуса 48 градуса 8 W/cm² (16 градуса нарастване) 66 градуса 60 градуса 54 градуса 49 градуса 44 градуса 10 W/cm² (20 градуса нарастване) 62 градуса 56 градуса 50 градуса 45 градуса 40 градуса
За баня за ецване на алуминий, 10% NaOH, обемна температура 60C, 6 W/cm^2 (12C повишаване, 72C повърхност), безопасната обемна граница е 58C. Нагревателят до 60 градуса надвишава безопасната граница и не може да се гарантира експлоатационен живот от шест месеца. Намаляването на ватовата плътност до 4 W/cm2 (8 градуса нарастване, 68 градуса повърхност) дава безопасна граница на обема от 62 градуса, следователно 60 градуса е подходящо за шест-месечна подмяна.

Промени в дизайна за удължаване на живота повече от 6 месеца
Обстоятелствата за ецване на алуминий може да наложат 1,2 mm 316 обвивка и шестмесечен живот не е достатъчен. Три настройки могат да удължат експлоатационния живот. Първият е да използвате по-дълъг нагревател, за да сведете до минимум плътността на вата. Намалявайки от 6 W/cm² до 4 W/cm², преминавайки от 6-месечен режим към 8-12-месечен режим, повишаването на повърхностната температура намалява от 12 градуса на 8 градуса. Втората промяна е регулирането на концентрацията на разтворен алуминий чрез филтриране във ваната или частична подмяна. Намаляването на алуминия от 15 g/L на 5 g/L може да намали степента на корозия с 30–50 %. Трета промяна включва използването на сплав на основата на никел като сплав 600 или сплав 825. В 10–15% NaOH при 70 градуса с разтворен алуминий тези материали имат корозионни нива<0.1 mm/year, increasing the service life to 5–10 years. For long-term use, engineers should specify Alloy 825 for continuous-use aluminium etching baths using 10% NaOH at 65°C. When specifying the heaters for etching bath service, always provide the correct NaOH concentration, bulk temperature, dissolved aluminium level and the intended replacement interval. The six month replacement threshold for a 1.2 mm 316 sheath is a predictable function of these characteristics therefore allowing precise prediction of heater life in aluminium etching procedures.