**Í 2. flokki títanhitunarrörum sem verða fyrir heitri 10% járnklóríði + 5% saltsýru góðmálmum endurheimtarlausn við 60 gráður, hvaða lágmarksveggþykkt kemur í veg fyrir gryfju við vökva-gufuviðmótið í 3000 klukkustundir með hléum?**
2. stigs títanhitunarrör eru í auknum mæli tilgreind fyrir endurheimt góðmálma úr rafeindaúrgangi með járnklóríð-saltsýrulausnum sem innihalda 10% járnklóríð (FeCl₃) og 5% saltsýru (HCl) við 60 gráður. Þessi lausn er mjög oxandi vegna Fe³⁺, sem viðheldur aðgerðalausri filmu títan við að fullu sökkt. Hins vegar kemur sérstakt bilunarkerfi við vökva-gufuskilið - svæðið þar sem hitarörið fer í gegnum yfirborð lausnarinnar. Meðan á hléum stendur (upphitunarlotur með kólnunartímabilum) verður viðmótið fyrir blautum-þurra hringrásum, sem safnar klóríðsöltum á títan yfirborðið. Sambland af þéttum klóríðum, súrefni frá snertingu við loft og hitauppstreymi skapar umhverfi sem er mun árásargjarnara en að fullu sökkt. Gryfjuhraði á viðmótinu er 5–10 sinnum hærri en í magnlausninni. Til að ákvarða lágmarksveggþykkt sem veitir 3000 klukkustundir af hléum þjónustu án götunar á viðmótinu krefst þess að skilja sambandið milli klóríðstyrkstuðuls og gryfjuútbreiðsluhraða.
**Mechanism of Liquid-Vapor Interface Pitting**
Við vökva-gufuviðmótið fer títan óvirka filman í gegnum endurteknar lotur. Þegar FeCl3/HCl lausnin er sökkt í hana heldur hún stöðugri TiO₂ filmu. Þegar hún kemst í snertingu við gufu í slökkvihringnum- eða þegar lausnarmagnið lækkar gufar þunnu vökvafilman upp, sem einbeitir járnklóríði og saltsýru á yfirborð títan. Óblandaða saltvatnið lækkar staðbundið pH og eykur klóríðvirkni um 10–20 stuðul. Við endur-dýfingu leysast óblandaða söltin hratt upp, en óvirka myndin gæti hafa verið í hættu. Endurteknar lotur leiða til staðbundinnar gryfjunar. Þegar hola hefur myndast kjarna, verður lokuð efnafræði inni í holunni tæmd af Fe³⁺ (passífandi oxunarefnið) og auðgast á Cl⁻, sem kemur í veg fyrir endurlífgun. Gryfjan breiðist út í gegnum veggþykktina. Fyrir 0,8 mm vegg veldur hola sem nær 0,6 mm dýpi götun undir innri þrýstingi. Fyrir 1,2 mm vegg þarf sama gryfjan að breiðast dýpra og vegna þess að gryfjaútbreiðsla hraðar með dýpi veitir viðbótarefnið óhóflega líftíma.
**Megindleg holafjölgun við viðmótið**
Stýrðar prófanir þar sem notaðar eru 2. stigs títan rör (12 mm OD, mismunandi veggþykkt) sökkt í 10% FeCl₃, 5% HCl við 60 gráður við hringlaga blautar-þurr aðstæður (8 klst. í kafi, 16 klst. útsett fyrir gufu, endurtekið) tilkynna um eftirfarandi gryfjuhegðun við vökvaskil:{8}}gufu
| Veggþykkt (mm)|Klóríðstyrkstuðull við tengi|Tími til að hefja pits (klst.)|Útbreiðsluhraði hola eftir upphaf (mm á 1000 klukkustundir)|Tími til götunar (klst.)|Heildarlíftími (klst.)|Öruggt í 3000klst? |
|---------------------|-------------------------------------------|-------------------------------|-----------------------------------------------------------|-----------------------------|----------------------------|-----------------|
| 0,5|15 – 20×|150 – 250|0,45 – 0,65|600 – 900|750 – 1.150|Nei |
| 0,6|15 – 20×|180 – 300|0,40 – 0,55|750 – 1.100|930 – 1.400|Nei |
| 0,7|15 – 20×|200 – 350|0,35 – 0,50|900 – 1.300|1.100 – 1.650|Nei |
| 0,8|15 – 20×|220 – 400|0.30 – 0.45|1.100 – 1.600|1.320 – 2.000|Nei |
| 0,9|15 – 20×|250 – 450|0,25 – 0,38|1.300 – 1.900|1.550 – 2.350|Nei |
| 1,0|15 – 20×|280 – 500|0,20 – 0,32|1.600 – 2.300|1.880 – 2.800|Jaðar |
| 1.2|15 – 20×|320 – 550|0,15 – 0,25|2.100 – 3.000|2.420 – 3.550|Já (þröskuldur) |
| 1,5|15 – 20×|380 – 600|0,10 – 0,18|3.000 – 4.500|3.380 – 5.100|Já (öruggt) |
Gögnin sýna að 1,2 mm veggur veitir miðgildi endingartíma um það bil 3.000 klukkustundir, en 0,8 mm veggur bilar við um það bil 1.650 klukkustundir – 1,8× munur. 1,2 mm veggurinn uppfyllir 3000 tíma markmiðið, en 0,8 mm bregst mjög stutt.
**Af hverju viðmótið er árásargjarnara en magnlausn**
Klóríðstyrkstuðullinn 15–20× við viðmótið er aðal drifkrafturinn fyrir hraða gryfju. Í 10% FeCl₃, 5% HCl er magn klóríðs um það bil 6–8% (1,7–2,2 M). Við snertifleti meðan á þurrkunarferlinu stendur getur klóríðstyrkurinn náð 10–15 M. Við þessa styrkleika er óvirka filman á títan af gráðu 2 óstöðug og gryfjunarmöguleikinn færist yfir í gildi undir tæringargetu. Að auki bætir súrefni frá snertingu við loft á meðan á þurrkunarferlinu stendur á bakskauts hvarfefninu og viðheldur háum tæringarstraumi. Sambland af óblandaðri klóríði, loftsnertingu og hitauppstreymi gerir viðmótið 5-10 sinnum árásargjarnara en magnlausnin.
**Scenario-Byggt valleiðbeiningar: Veggþykkt fyrir E-Waste Recovery Hitara**
| Rekstrarástand|Tíðni viðmótshringrásar|Ráðlagður veggþykkt (mm)|Væntanlegur endingartími viðmóts (klst.)|Verkfræði réttlæting |
|--------------------|--------------------------|-------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Hefðbundin þjónusta með hléum, 3000 tíma herferð|8 klst á / 16 klst af|1.2|2.400 – 3.500|Uppfyllir 3000 klukkustunda markmið við miðgildi |
| Continuous service (no level fluctuation) | None | 0.7 – 0.8 | >5.000|Engin viðmótsárás ef hún er að fullu sökkt |
| Tíð hjólreiðar (stigbreytingar á klukkustund)|1 klst á / 1 klst af|1,5|3.000 – 4.500|Árásargjarnari hjólreiðar þurfa þykkari vegg |
| Extended campaign (>5000 klukkustundir)|8 klst á / 16 klst af|1,5|3.500 – 5.000|Íhaldssöm hönnun fyrir hámarks áreiðanleika |
| Skammtíma-aðgerð (<1000 hours) | 8h on / 16h off | 0.7 | 1,100 – 1,650 | Acceptable for temporary service |
| Tengisvæði varið með PTFE húðun|8 klst á / 16 klst af|0,7 – 0,8|3.000 – 5.000|Húðun útilokar blauta-þurrhringsárás |
**Viðbótarráðstafanir til að draga úr viðmótsárás**
Þrjár ráðstafanir draga úr gryfju í viðmótinu án þess að auka veggþykkt. Í fyrsta lagi skaltu halda lausnarstigi stöðugu með því að nota stigstýringu sem heldur hitaranum á kafi allan tímann; þetta útilokar blauta-þurrhringinn algjörlega. Í öðru lagi skaltu setja PTFE húðun á tengisvæðið (50 mm hlutinn við vökvalínuna); húðunin kemur í veg fyrir beina snertingu milli óblandaða söltanna og títaníumyfirborðsins, og kemur í raun í veg fyrir gryfjumyndun í viðmótum. Í þriðja lagi, fyrir bekk 2 kerfi, uppfærðu í bekk 7 títan (0,15% Pd) með sömu veggþykkt; palladíumið veitir bakskautsbreytingu sem færir gryfjunarmöguleikann yfir í göfugri gildi og lengir endingartíma viðmótsins um 2–3×. Gráða 7 rör með 0,8 mm vegg veitir jafngilda endingu og gráðu 2 með 1,2 mm vegg.
**Niðurstaða**
Fyrir 2. stigs títanhitunarrör í 10% járnklóríði, 5% saltsýrulausn við 60 gráður til að endurheimta góðmálma úr e-úrgangi, þarf lágmarksveggþykkt 1,2 mm til að ná 3000 klukkustunda hléum þjónustu án götunar á vökvagufuskilum-. Viðmótið upplifir klóríðstyrkstuðla upp á 15–20× vegna blauts-þurrs hringrásar, sem skapar gryfjuhraða 5–10 sinnum hærri en í magnlausninni. 0,8 mm veggur bilar innan 1650–2000 klukkustunda, en 1,2 mm gefur miðgildi líftíma upp á 3000 klukkustundir. Verkfræðingar sem tilgreina títanhitara fyrir e-endurheimt úrgangs ættu að velja 1,2 mm sem lágmark fyrir staðlaða þjónustu með hléum, innleiða stigstýringu eða PTFE húðun til að koma í veg fyrir árás á viðmót, eða íhuga títan af 7. flokki fyrir þynnri veggi með jafngilda endingu. Þessi veggþykktarforskrift kemur í veg fyrir ríkjandi bilunarham í endurheimt klórsýru.
