Efnaverksmiðja dró PTFE dýfahitara úr 30% saltpéturssýrubaði við 85 gráður eftir fimm mánaða þjónustu. Yfirborð hitarisins sýndi mynstur af fínum, skerandi sprungum-brjálamynstur-yfir allan upphitaðan hlutann. PTFE fannst erfitt og brothætt, ekki mjúkt og sveigjanlegt eins og það ætti að gera. Einangrunarviðnám hafði lækkað úr 500 MΩ í 30 MΩ. Salpéturssýran hafði oxað fjölliðuna, stökkt yfirborðið og valdið því að það sprungur.
Heitt saltpéturssýra er ein árásargjarnasta oxandi sýran fyrir PTFE. Við hóflegt hitastig er oxunarhraði hægur og PTFE er sveigjanlegt. Við hærra hitastig -yfir 80 gráður -hraði oxunarhraðinn og yfirborð fjölliðunnar byrjar að brotna niður. Fjölliðakeðjurnar brotna og yfirborðið verður hart og brothætt.
Hvernig saltpéturssýra eyðir PTFE
Saltpéturssýra oxar PTFE við keðjuendana og við byggingargalla í fjölliðunni. Oxunin skapar karbónýlflúoríð og aðrar oxaðar tegundir sem trufla fjölliðakeðjuna. Keðjuskiptin dregur úr mólþunga fjölliðunnar og vélrænan styrk hennar.
Oxað yfirborðslagið hefur aðra eiginleika en magnfjölliðan. Það er harðara, brothættara og minna sveigjanlegt. Þegar hitarinn fer í hita, þolir brothætt yfirborð ekki álagið. Það klikkar.
| Nitursýrustyrkur | Hitastig | Oxunarhraði | Tími til að herða yfirborðið | Tími til að sprunga |
|---|---|---|---|---|
| 10% | 60 gráður | Mjög lágt | >36 mánuðir | >48 mánuðir |
| 20% | 70 gráður | Lágt | 18–30 mánaða | 24–36 mánaða |
| 30% | 80 gráður | Í meðallagi | 8–14 mánaða | 12–20 mánaða |
| 40% | 85 gráður | Hátt | 4-8 mánuðir | 6–12 mánaða |
| 50% | 90 gráður | Mjög hátt | 2–4 mánuðir | 3-8 mánuðir |
Styrkur saltpéturssýru og hitastigsáhrif á PTFE-brot
Af hverju sprungurnar mynda brjálað mynstur
Sprungumynstrið-fínar, skerandi sprungur-er einkennandi fyrir brothætt yfirborðslag á sveigjanlegu undirlagi. Þegar hitarinn hitnar stækkar málmhúðin og brothætt yfirborðslagið verður að teygjast til að mæta stækkuninni. Ef yfirborðslagið getur ekki teygt sig sprungur það. Sprungurnar myndast í tilviljunarkenndu mynstri vegna þess að yfirborðslagið er einsleitt og álagið er dreift.
Sprungumynstrið er frábrugðið sprungunum sem stafa af hitaþreytu eða vélrænni skemmdum. Hitaþreytusprungur eru venjulega einbeittar við álagspunkta. Vélrænar skemmdir sprungur eru staðbundnar. Sprungur dreifast um allt yfirborðið sem hefur áhrif.
Hvers vegna heit saltpéturssýruþjónusta er sérstaklega krefjandi
Saltpéturssýra er oxandi sýra. Oxunargetan eykst með styrk og hitastigi. Við 85 gráður og 30% styrk er oxunarhraði nógu hátt til að stökkva PTFE yfirborðið innan nokkurra mánaða.
Salpéturssýran gegnsýrir einnig PTFE. Gegndræpihraði eykst með hitastigi. Sýran sem nær innri einangruninni dregur úr einangrunarviðnáminu. Sambland af brothættu yfirborði og innra gegndræpi veldur því að hitarinn bilar hraðar en hvorugur vélbúnaðurinn einn.
Koma í veg fyrir brot á yfirborði í heitri saltpéturssýru
Áhrifaríkasta forvörnin er að draga úr yfirborðshita. Lægri wattaþéttleiki-0,8–1,0 W/cm² - heldur yfirborðshitastigi innan þess bils þar sem oxunarhraði er lágur. Hitari með 0,9 W/cm² getur verið 10–15 gráðum kaldari en einn með 1,4 W/cm², sem getur tvöfaldað tímann þar til yfirborð harðnar.
Þykkari PTFE húðun gefur meira efni til að gleypa oxunina. Oxaða yfirborðslagið er fórnandi. Þykkari húðun hefur meiri fjölliðu fyrir neðan oxaða lagið, þannig að hitarinn heldur hindrunareiginleikum sínum lengur.
Styttra þjónustutímabil fyrir skoðun og skipti er hagnýt nálgun. Í notkun með heitri saltpéturssýru ætti að skoða hitarann á 2–3 mánaða fresti. Ef yfirborðsharðnun greinist ætti að skipta um hitara áður en sprungurnar komast í gegnum húðina.
| Forvarnarráðstöfun | Áhrif á brothættu | Framkvæmd |
|---|---|---|
| Lægri wattþéttleiki, 0,8–1,0 W/cm² | Hægari oxun | Hönnun hitari |
| Þykkri húðun, 2,5–3,0 mm | Meira fórnarefni | Húðunarferli |
| Styttra skoðunartímabil | Snemma uppgötvun | Viðhaldsáætlun |
| Lækkað hitastig | Lægri oxunarhraði | Ferlisstýring |
Forvarnir gegn yfirborðsbroti í heitri saltpéturssýru
Þegar yfirborðsbrot gefur til kynna hönnunarvandamál
Hitari sem stökknar og sprungur þrátt fyrir lítinn wattaþéttleika og þykka húð gefur til kynna að hitaraefnið eða hönnunin henti ekki heitri saltpéturssýruþjónustunni. Sérsniðin uppsetning PTFE dýfingahitara með mjög lágum wattaþéttleika, þykkri húðun og hitaþolnu-fjölliðaflokki tekur á rótarorsök stökkbreytingar. Forskriftarferlið krefst saltpéturssýrustyrks, vinnsluhitastigs og nauðsynlegs rafafls. Fyrir aðstöðu með heitum saltpéturssýruböðum dregur þessi forrits-sérstaka nálgun úr yfirborðsbroti og lengir endingartíma hitara.
