The Extreme Environment
Blönduð saltpéturs-flúrsýru súrsun við 90 gráður táknar eitt árásargjarnasta umhverfi í efnavinnslu í iðnaði. Lausnin -venjulega 10-20% HNO₃ og 2-5% HF-sameinar sterkan oxunarmátt saltpéturssýru við einstaka hæfileika flúorjónar til að blanda saman við og leysa upp hlífðaroxíðfilmur á málmum.
Tantal-2,5% wolframblendi (Ta-2,5W) er tæringarþolnasta málmefnið sem fáanlegt er fyrir þessa þjónustu. Hreint tantal sýnir nú þegar óvenjulega mótstöðu; wolfram viðbótin styrkir málmblönduna og eykur enn frekar viðnám gegn flúorárásum með áhrifum á óvirku filmuna í föstu lausnum.
PTFE er ónæmur fyrir bæði sýrum hver fyrir sig og samsetningu þeirra. Það er engin óvirk kvikmynd til að ráðast á. Það eru engin málmfrumeindir til að flúoríð geti flókið. Samanburðurinn á þolnasta málminum og óvirku fjölliðunni í þessu öfgakennda umhverfi lýsir upp grundvallarmörkum tæringarvarnar úr málmi.
Tantal óvirka kvikmyndin undir flúorárás
Tantal þolir blönduð HNO₃-HF í gegnum Ta₂O₅ óvirka filmu sem er eitt af efnafræðilega ónæmustu oxíðunum sem vitað er um. Filman er stöðug í saltpéturssýru yfir allt styrkleika- og hitastigssvið. Í nærveru flúorjóna verður kvikmyndin hæg upplausnarviðbrögð:
Ta₂O₅ + 14HF → 2TaF₇²⁻ + 5H₂O + 4H⁺
Tantal-flúoríð flókið er leysanlegt. Myndin leysist upp. Undirliggjandi tantal málmur hvarfast við saltpéturssýruna, sem aftur-oxar yfirborðið og umbreytir óvirku filmuna. Niðurstaðan er stöðugt, hægt tap á tantalum-, tæringarhraði sem fer eftir styrk HF, hitastigi og HNO₃/HF hlutfalli.
Wolfram viðbótin við Ta-2,5W breytir þessari hegðun. Volframatóm sem eru felld inn í óvirka filmuna breyta rafrænni uppbyggingu þess, sem gerir það ónæmari fyrir flúorárás. Tæringarhraði Ta-2,5W í blönduðu HNO₃-HF er um það bil 30-50% lægri en hreins tantal við sömu aðstæður. Þetta er veruleg framför - en það er lækkun á hlutfallinu, ekki brotthvarf á vélbúnaðinum.
| Tæringarfæribreyta | Tantal (hreint) | Tantal-2,5W | PTFE |
|---|---|---|---|
| Tæringarvarnarbúnaður | Ta₂O₅ óvirk filma | W-breytt Ta₂O₅ óvirk filma | Innbyggður C-F tengistöðugleiki |
| Tæringarhraði í 15% HNO₃ + 3% HF við 90 gráður (mm/ár) | 0.02-0.08 | 0.01-0.05 | 0 |
| Tæringarhraði ef HF hækkar í 5% (mm/ári) | 0.05-0.15 | 0.03-0.10 | 0 |
| Næmni fyrir HNO₃/HF hlutfalli | Hár (filmustöðugleiki fer eftir jafnvægi oxunarefnis/flúoríðs) | Í meðallagi | Engin |
| Næmi fyrir hitastigi | Hátt (hlutfall um það bil tvöfaldast á 15 gráður) | Hátt | Engin (undir 260 gráður) |
| Tæring á suðusvæði | Ívilnandi árás möguleg | Minnkað en ekki útrýmt | N/A (engar suðu) |
| Efniskostnaður (hlutfallslegur) | 40-60× | 50-80× | 1× |
Hitastigshröðunarstuðullinn
Tæringarhraði tantals í lausnum sem innihalda flúoríð- er mjög háð hitastigi-. Hlutfallið tvöfaldast fyrir hverja 15 gráðu hækkun. Við 60 gráður gæti Ta-2,5W varmaskipti þjónað í 5-8 ár. Við 90 gráður getur endingartíminn stytt í 2-3 ár. Við 110 gráður gæti þurft að skipta út innan 12-18 mánaða.
Tæringarhraði PTFE er núll við öll þrjú hitastig. Endingartími varmaskiptisins ræðst af vélrænni skrið frá gufuþrýstingi, ekki af efnaárás. Við 90 gráður, með viðeigandi gufuþrýstingsstýringu, veitir PTFE 15+ ára endingartíma - 5-7 sinnum lengri en Ta-2,5W.
Varnarleysið í skoðunarferðum
HNO₃/HF hlutfallið í súrsunarböðum er breytilegt meðan á notkun stendur. Dragðu vinnustykki-inn af skolvatni þynnir baðið. Hægt er að bæta við sýru til að endurheimta styrkleika með örlítið ó-forskriftarhlutföllum. Uppgufunartap breytir samsetningunni. Þessar afbrigði breyta oxunarefni/flúorjafnvæginu sem tantal treystir á til að viðhalda óvirkri filmu sinni.
Tímabil með lágu HNO₃/HF hlutfalli-frá sýrusamlagningarvillu, til dæmis-getur fjarlægt óvirku filmuna úr tantal hraðar en salpéturssýran sem er tiltæk getur umbreytt hana. Virka tæringin sem myndast heldur áfram þar til sýruhlutfallið er leiðrétt. Tjónið af einni skoðunarferð getur jafnað mánuði af eðlilegri þjónustutæringu.
PTFE hefur ekkert næmi fyrir sýruhlutfallinu. Hlutfallshækkun af hvaða stærðargráðu sem er gerir efnið óbreytt. Þessi lifunarhæfni í útferð er jafn mikils virði og stöðugt-tæringarhraði við að ákvarða hagnýtan endingartíma.
Samantekt
PTFE varmaskiptar eru skilyrðislaust ónæmur fyrir blönduðu HNO₃-HF súrsun við 90 gráður, en tantal-2,5% wolfram álfelgur-þolnasti viðskiptamálmurinn fyrir þessa þjónustu-tærir við 0,01-0,05 mm/ári í gegnum óvirka filmu. Tæringarhraðinn hraðar með hitastigi og er næmur fyrir HNO₃/HF hlutfallinu. PTFE veitir 5-7× lengri endingartíma, útilokar næmni fyrir vinnsluferlum og kostar brot af eldföstu málmblöndunni. Í blönduðum HNO₃-HF þjónustu innan hitamarka PTFE er PTFE besti kosturinn.
Verkfræðiaðstoð fyrir PTFE-varmaskiptaforskriftir í blönduðum sýrusýringu er fáanlegur við framlagningu sýrustyrks, venjulegra hitastigssviða og frávikshitasviða og núverandi gagna um endingartíma búnaðar.
