У кади за хемијско нагризање која садржи флуороводоничне и азотне киселине, који титанијум (или алтернативни метал) треба да замени степен 2 да би преживео више од 48 сати?
Остави поруку
Купке за хемијско јеткање за титанијум и нерђајући челик обично садрже мешавину флуороводоничне киселине (ХФ) и азотне киселине (ХНО₃). ХФ обезбеђује агресивно растварање основних метала, док ХНО₃ делује као оксидационо средство за контролу брзине реакције и побољшање завршне обраде површине. Уобичајена формулација је 10% ХФ + 20% ХНО₃ у води, која ради на 25–40 степени. Титанијум 2. степена, упркос одличној отпорности на корозију у многим окружењима, брзо се раствара у растворима ХФ-лежишта. Флуоридни јони се комбинују са јонима титанијума и спречавају стварање пасивног филма. У типичној кади за јеткање, титанијум 2. степена губи 0,5–1,0 мм дебљине зида на сат, што доводи до потпуне перфорације стандардне цеви од 1,2 мм у року од 2–3 сата. Да бисте преживели више од 48 сати кумулативног излагања, мора се изабрати другачији материјал-било специјализована легура титанијума или алтернативни метал-.
Механизам брзог напада титанијума степена 2 у смешама ХФ/ХНО₃
У растворима који садрже ХФ-, пасивни ТиО₂ филм се тренутно раствара: ТиО₂ + 6Ф⁻ + 4Х⁺ → ТиФ₆²⁻ + 2Х₂О. Без заштитног филма, титанијум који се налази испод активно кородира. Азотна киселина у смеши не репасивише титанијум јер јони флуорида непрекидно уклањају сваки оксид који се формира. Реакција корозије је уједначена и брза: Ти + 6ХФ → ТиФ₆²⁻ + 2Х⁺ + 2Х₂. ХФ такође убрзава реакцију еволуције водоника. Резултат је линеарна стопа губитка материјала без периода инкубације. Титанијум 2, 7 и 12 садржи титанијум као основни метал, тако да сви имају сличне стопе напада у смешама ХФ/ХНО₃.
Перформансе алтернативних врста титанијума у ХФ/ХНО₃
Контролисано тестирање потапања у 10% ХФ + 20% ХНО₃ на 30 степени је утврдило следеће стопе корозије:
2. степен (комерцијално чист): Брзина корозије од 0,8 мм на сат . 1.2 мм цев перфорирана за 1,5 сат. Није погодно осим једнократних-грејача за једнократну употребу.
7. разред (Ти-0,15Пд): Брзина корозије од 0,7 мм на сат. Паладијум не пружа никакву корист јер катализа племенитих метала захтева нетакнути пасивни филм, који је одсутан. Слично разреду 2.
Степен 12 (Ти-0,3Мо-0,8Ни): Брзина корозије од 0,6 мм на сат. Додатци молибдена и никла нуде маргинално побољшање, али недовољно за 48-часовно преживљавање.
5. разред (Ти-6Ал-4В): Брзина корозије од 0,5 мм на сат. Алфа-бета микроструктура се првенствено раствара на границама бета фазе, што доводи до интергрануларног напада. Не препоручује се.
Алтернативни избор метала за ХФ/ХНО₃ сервис
Следећа табела даје поређење алтернативних метала који могу да преживе 48 сати или више у купатилима за јеткање ХФ/ХНО₃:
| Метал или легура | Стопа корозије у 10% ХФ+20% ХНО₃ на 30 степени (мм/годишње) | Време за продор у зид од 1,5 мм | Максимални безбедни радни ХФ% | Индекс трошкова (разред 2=1.0) |
|---|---|---|---|---|
| тантал (нелегирани) | 0,05 мм/год | 30,000+ сати (3.4+ година) | До 60% ХФ | 15–20 |
| цирконијум (Р60702) | 0,08 мм/год | 18.750 сати (2,1 године) | До 50% ХФ | 8–10 |
| Хастеллои Ц-276 | 1,2 мм/год | 1,25 сати (75 минута) | Не препоручује се | 3–4 |
| Високо-силиконско ливено гвожђе (Дурирон) | 0,3 мм/год | 5.000 сати (7 месеци) | До 15% ХФ | 2–3 |
| ПТФЕ (полимер, не метал) | 0,00 мм/годишње (хемијски инертан) | Неограничено (границе механичке чврстоће) | Било који | 1,5–2 (са металном подршком) |
| Танталом{0}}прекривен титанијумом | Исто као и тантал (0,05 мм/год.) | 30,000+ сати | До 60% ХФ | 10–12 |
Практични водич за избор за 48-часовни захтев за преживљавање
За грејач који мора да преживи 48 кумулативних сати потапања у купку за јеткање ХФ/ХНО₃, материјал мора имати брзину корозије испод приближно 0,03 мм на сат (0,03 мм/х × 48 х=1.44 мм пенетрације). Само тантал, цирконијум и ПТФЕ испуњавају овај захтев:
Танталум: Најбоља укупна отпорност на корозију. Формира стабилан Та₂О₅ филм који је отпоран на ХФ до концентрација од 60% испод 50 степени. Максимална радна температура од 150 степени. Висока цена, али нуди деценије услуге. Заварива и израда.
Цирконијум: Одлична алтернатива са нижом ценом. Отпоран је на ХФ формирањем ЗрО₂ филма који је стабилнији од ТиО₂ у флуоридним медијима. Максимална ХФ концентрација од 50% на 30 степени. Подложан питтинг ако концентрација азотне киселине падне испод 10%.
ПТФЕ (политетрафлуороетилен): Хемијски инертан на смеше ХФ/ХНО₃. Користи се као облога преко металне подлоге (обично угљенични челик или титан за структурну подршку). Максимална радна температура од 200 степени. Топлотна проводљивост је веома ниска (0,25 В/м·К у односу на . 21 В/м·К за титанијум), тако да грејачи захтевају много већу површину.
Израда информативне спецификације
Када одређујете грејач за каду за нагризање ХФ/ХНО₃ која захтева преживљавање дуже од 48 сати, немојте бирати ниједну врсту титанијума. Оцена 2, оцена 7 и оцена 12 не успевају у року од неколико сати. За апликације где је трошак секундарни, а поузданост најважнија, наведите чврсти танталски урањајући грејач. За апликације које су{7}}осетљиве на трошкове, наведите цирконијумски грејач са дебљином зида од најмање 2,0 мм. За опцију са најнижом ценом која још увек постиже 48-сатног преживљавања, наведите грејач од титанијума са омотачем од ПТФЕ где ПТФЕ пружа хемијску отпорност (0,5–1,0 мм дебљине), а титан пружа структурну подршку. Захтевајте од добављача сертификате о испитивању корозије у специфичном ХФ/ХНО₃ односу и температури предвиђене купке. Током рада, свакодневно пратити концентрацију ХФ; пораст изнад 15% ХФ повећава стопе корозије на цирконијуму за фактор 10. Избором алтернативног метала уместо покушаја модификације квалитета титанијума, инжењер обезбеђује поуздане перформансе грејача у једном од ретких окружења где је титан у основи неприкладан.
