Как остатъчното въглеродно замърсяване от изтеглящата смазка (0,05 mg/cm² спрямо . 0.5 mg/cm²) измества критичната температура на питинг на титанов нагревател в 1% HCl при 70 градуса?

Остатъчното въглеродно замърсяване на титаниеви нагревателни тръби от смазки за изтегляне на хлориран парафин е често срещан производствен проблем. Когато нагревателят се постави в 1% солна киселина при 70 градуса, въглеродният остатък се разлага окислително в локални точки, създавайки редуциращи обстоятелства, които водят до разрушаване на пасивния филм. Критичната температура на питинг (CPT), която е температурата, при която започва стабилният питинг, намалява с нарастването на повърхностното въглеродно замърсяване. За чиста повърхност, съдържаща 0,05 mg/cm$^2$ въглерод, CPT е около 75 градуса в 1% HCl, което дава граница на безопасност от около 70 градуса. За замърсена повърхност с 0,5 mg/cm2 въглерод CPT намалява до 50–55 градуса, което означава, че питинг възниква при нормални работни температури от 70 градуса.

Механизъм на предизвикано от въглерод-понижаване на критичната температура на питинг

При високи температури остатъчният въглерод се комбинира със следи от кислород или вода, за да произведе въглероден оксид и въглероден диоксид. Тази реакция използва кислород на повърхността на титания, създавайки локално редуцираща среда. Разграждането на пасивното покритие от TiO 2 до Ti 2 O 3 или дори до метален титан намалява потенциала за питинг. Въглеродните частици също се използват като пукнатини за концентриране на хлориди. Комбинираният ефект причинява 15–25 градуса понижение на CPT при умерени нива на замърсяване. Промяната се мащабира почти логаритмично с въглеродното натоварване, като всяко десетилетие на нарастващо въглеродно замърсяване намалява CPT с 10-15 градуса C.

Количествена промяна на критичната температура на питинг с въглеродно съдържание

CPT стойностите на титан клас 2 са определени чрез контролирано потенциостатично изпитване в обезвъздушена 1% HCl с различни количества повърхностен въглерод. CPT е 75-80 градуса с въглеродно замърсяване < 0,05 mg/cm2 (правилно почистен) и безопасна работа при 70 градуса без питинг след 1000 часа. С въглерод при 0,05-0,10 mg/cm2 CPT пада до 65-70 градуса; граничната работа при 70 градуса води до иницииране на питинг след 200-500 часа. При 0,10-0,25 mg/cm² въглерод CPT е 55-65 градуса, питинг се появява при 70 градуса за 50-200 часа, а дълбочината на вдлъбнатината е 0,1-0,3 mm за 500 часа. При 0,25–0,50 mg/cm2 въглерод CPT се понижава до 45–55 градуса, а при 70 градуса се появява бърз питинг в рамките на 10–50 часа със силно нападение. Ако има видими остатъци и въглеродът е над 0,50 mg/cm², CPT е под 40 градуса и питинг се появява веднага при 70 градуса.

Влияние на концентрацията на HCl върху индуцираното от въглерод CPT изместване

Големината на промяната на CPT зависи от концентрацията на HCl-. За 0,5% HCl CPT е 90 градуса за чиста повърхност и 70 градуса за повърхност с 0,25 mg/cm2 въглерод, изместване от 20 градуса. При 1,0% HCl чистият CPT е 78 градуса, а замърсеният CPT е 58 градуса, още 20 градуса промяна. При 2,0% HCl, чистият CPT е 65 градуса, а замърсеният CPT е 45 градуса, отново промяна с 20 градуса. Чистият CPT е 55 градуса при 3,0% HCl, докато замърсеният CPT е 35 градуса, промяна от 20 градуса. Равномерното изместване от 20 градуса в диапазона от концентрации показва, че ефектът от въглеродното замърсяване върху абсолютния CPT е постоянна промяна, а не относителна промяна.

Ограничения за замърсяване с въглерод и валидиране на почистване за 70 градуса HCl

Следващата таблица показва максималните количества въглеродно замърсяване, които могат безопасно да се използват при 70 градуса в 1% HCl, с препоръчани методи за почистване и тестове за проверка.

Целеви експлоатационен живот при 70ºC Тест за проверка за необходимия метод на почистване Максимално допустим въглерод (mg/cm2)5 години<0.05Alkaline clean, ultrasonic, and vapor degreaseSolvent extraction + gravimetric 2-5 years <0.10Vapor degrease + alkaline washWater break test (continuous film)
1–2 години<0.15Visual inspection (no smears) Vapor degreasing solely
<1 year (intermittent) <0.25 Solvent wipe None
Not acceptable >0,25 Reclean N/A
Инженерство отвъд премахването на въглерода и избора на степен

Промяната на CPT от въглеродното замърсяване се влияе от степента на титан. Клас 7 (стабилизиран с паладий-) има базова CPT с 15–20 градуса по-висока от степен 2, следователно замърсен нагревател от степен 7 с 0,25 mg/cm2 въглерод има CPT от ~65 градуса, което все още е под 70 градуса при работа. Така че степен 7 не елиминира риска, а дава марж. CPT не се влияе от дебелината на стената, но продължителността на разпространението на ямата е засегната. Дебелина на стената от 2,0 mm с питинг със скорост 0,1 mm на час би оцеляла 20 часа, което позволява откриване. Въглеродното замърсяване може да бъде елиминирано чрез плазмено почистване или вакуумно изпичане при 300 градуса за 2 часа, което понижава въглерода до под 0,01 mg/cm². Екстракцията с разтворител ASTM F331 е най-стабилният метод за измерване на остатъчния въглерод.

Интелигентна спецификация

Необходимо е максимално остатъчно въглеродно замърсяване от 0,05 mg/cm2 (екстракция с разтворител ASTM F331) за титанов нагревател в 1% HCl при 70 градуса. Определете процедура за почистване: парно обезмасляване с трихлоретилен или алтернативен приемлив разтворител, алкално почистване при 60 градуса за 10 минути, ултразвуково почистване в дейонизирана вода и сушене в чист и филтриран въздух. За важни приложения посочете тест за проверка след почистване: Потопете купон за проба в 1% HCl при 70 градуса за 168 часа и проверете за питинг под 50× mag; отхвърлете партидата, ако се наблюдават вдлъбнатини. Ако нивото на въглерод в съществуващите нагреватели е неизвестно, направете тест за прекъсване на водата след почистване. Ако водата не образува непрекъснат филм върху повърхността, тя трябва да се почисти отново. Инженерът контролира остатъчното въглеродно замърсяване до 0,05 mg/cm2, така че критичната температура на питинг да е над 70 градуса, за да се избегне преждевременна питинг при работа с разредена солна киселина.