Πώς συγκρίνεται η διάβρωση-αντοχή στη διάβρωση του 70-30 Cupronickel με το PTFE στο θαλασσινό νερό υψηλής ταχύτητας;

Το κινούμενο αλμυρό νερό, ιδιαίτερα όταν φέρει αιωρούμενη άμμο ή θραύσματα κελύφους, λειτουργεί ως υγρός αμμοβολής μέσα σε ένα σωλήνα εναλλάκτη θερμότητας. Δύο υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως στην υπηρεσία θαλασσινού νερού--70-30 χαλκό-νικέλιο και PTFE--ανταποκρίνονται αρκετά διαφορετικά σε αυτή τη μηχανική κατάχρηση. Η πρόκληση είναι κάτι περισσότερο από αντίσταση στη διάβρωση. Ο πραγματικός αγώνας είναι ενάντια στην υποβάθμιση λόγω κρούσης σωματιδίων υψηλής ταχύτητας.

Το αποτέλεσμα μπορεί να φαίνεται αντιφατικό στη σύγκριση 70-30 χαλκού-νικελίου έναντι διάβρωσης PTFE με θαλασσινό νερό. Δεδομένου ότι το PTFE είναι χημικά αδρανές στο θαλασσινό νερό, ενώ τα κράματα χαλκού εξακολουθούν να είναι ηλεκτροχημικά ενεργά μέταλλα. Αλλά σε συνθήκες λειαντικής ροής υψηλής ταχύτητας, το πιο σκληρό μεταλλικό κράμα μπορεί μερικές φορές να ξεπεράσει το μαλακότερο πολυμερές όταν η διάβρωση γίνεται ο κυρίαρχος τρόπος αστοχίας.

Διάβρωση συστήματος θαλασσινού νερού-Διάβρωση
Η διάβρωση-Η διάβρωση είναι ένα συνδυασμένο μηχανικό και ηλεκτροχημικό φαινόμενο.

Επίδραση Ταχύτητας Ρευστού
Καθώς η ταχύτητα του θαλασσινού νερού αυξάνεται,

Οι αναταράξεις επιδεινώνονται

Λεπτά οριακά στρώματα

Αύξηση της ενέργειας κρούσης σωματιδίων

επιταχύνεται η φθορά της επιφάνειας

Με τα αιωρούμενα στερεά το υλικό αφαιρείται φυσικά από το τοίχωμα του σωλήνα μέσω του ρεύματος ρευστού.

Άμμος ως λειαντικό μέσο
Τα σωματίδια λεπτής άμμου μπορούν να προκαλέσουν:

Επιφανειακό σκούπισμα

ταινία strip

Μικροκοπή

Η κόπωση από κρούση επαναλήφθηκε

Η σοβαρότητα ποικίλλει σε:

Συγκέντρωση σωματιδίων

Μεγέθη σωματιδίων

Σκληρότητα σωματιδίων

Το σχήμα του σωματιδίου

Ταχύτητα ροής

Τα σωματίδια χαλαζία είναι εξαιρετικά εχθρικά λόγω της οξύτητας, της σκληρότητας και της γωνιακής τους γεωμετρίας.

Πώς το 70-30 Cupronickel προστατεύει τον εαυτό του
Το κράμα χαλκού-νικελίου 70-30 είναι περίπου:

70% χαλκός

30% νικέλιο

Για πολύ καιρό αυτό το κράμα έχει χρησιμοποιηθεί για θαλάσσιους εναλλάκτες θερμότητας λόγω του σχηματισμού προστατευτικού καλύμματος οξειδίου.

Το αυτο-θεραπευτικό στρώμα οξειδίου
Το κράμα αναπτύσσεται κατά την έκθεση στο θαλασσινό νερό:

Μια επίστρωση οξειδίου του χαλκού που προσκολλάται σταθερά

Αυτή η επίστρωση οξειδίου σχηματίζει ένα προστατευτικό στρώμα έναντι περαιτέρω ζημιάς.

Το μέταλλο καλύπτεται με ένα αυτο-θεραπευόμενο κεραμικό δέρμα. Η μόνη άμυνα του πολυμερούς είναι η ολισθηρότητά του.

Αντίσταση σε υψηλή ταχύτητα ροής
Σε καθαρό θαλασσινό νερό το φιλμ οξειδίου μπορεί να είναι σταθερό σε ταχύτητες της τάξης των:

3-4 m/sec

Σε αυτό το εύρος:

Η αφαίρεση φιλμ εξακολουθεί να είναι περιορισμένη

Η επιφανειακή επίθεση είναι ακόμα υπό έλεγχο

Το προστατευτικό στρώμα συνεχώς αναμορφώνεται

Εάν το φιλμ οξειδίου διαταραχθεί ελαφρά από την τριβή, το εκτεθειμένο μέταλλο επαναοξειδώνεται γρήγορα και αποκαθιστά την προστασία.

Ανθεκτικότητα κράματος (Μηχανική)
Το υλικό βάσης από χαλκό-νικελίου από κάτω παρέχει επίσης μηχανική ελαστικότητα.

Το κράμα είναι

Ευκαμψία

Δύσκολος

Ανθεκτικό στις ρωγμές

Ικανότητα απορρόφησης ενέργειας κρούσης

Αυτή η μηχανική αντοχή βοηθά στην αποφυγή καταστροφικών επιφανειακών ζημιών ακόμη και υπό συνθήκες τυρβώδους ροής.

Αντίδραση PTFE στο λειαντικό θαλασσινό νερό
Η διαφορά με το PTFE είναι ότι δεν είναι μέταλλο και δεν βασίζεται σε ηλεκτροχημική προστασία.

Το πλήρες PTFE χημικής αδράνειας είναι:

Αντοχή στη διάβρωση στο θαλασσινό νερό

Δεν είναι επιρρεπές σε επίθεση από χλωριούχα

Ανθεκτικό στη χημική βιοαπόρριψη

Σταθερό σε αλμυρό νερό.

Δεν υπάρχει διαδικασία διάβρωσης και επομένως δεν υπάρχει φιλμ οξειδίου για να σπάσει.

Καθαρό μηχανικό τρίψιμο
Για το PTFE, η διαδικασία αστοχίας είναι ουσιαστικά αποκλειστικά μηχανική.

Η επιφάνεια του πολυμερούς μπορεί να υποβληθεί σε:

γρατζουνιές

Διάβρωση της επιφάνειας

Διάβρωση σωματιδίων

Προοδευτική απώλεια υλικού

Το PTFE είναι περίπου τόσο σκληρό όσο ένα ανθρώπινο νύχι, επομένως σε υψηλή ταχύτητα ροής μπορεί να καταστραφεί από επαναλαμβανόμενες κρούσεις με άμμο.

Όρια ταχύτητας PTFE
Το PTFE δεν έχει τη σκληρότητα των μεταλλικών κραμάτων και η ασφαλής ταχύτητα λειτουργίας του σε λειαντική λειτουργία είναι σημαντικά μικρότερη.

Ροή καθαρού νερού εναντίον ροής φορτωμένου άμμου
Το PTFE αποδίδει καλά σε καθαρό θαλασσινό νερό με μέτριες συνθήκες ροής.

Ωστόσο, για την υπηρεσία αμμώδους πολτού:

Τα πρακτικά όρια ταχύτητας μπορεί να μειωθούν σε περίπου 1-2 m/s

Εκτός αυτού του εύρους:

Τα ποσοστά φθοράς μπορούν να αυξηθούν γρήγορα

Η επιφάνεια μπορεί να είναι λεπτή.

Μακροπρόθεσμη-υποβάθμιση της δομικής ακεραιότητας

Το επιτρεπόμενο όριο εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη συγκέντρωση και την επιθετικότητα των αιωρούμενων στερεών.

Σημασία των Χαρακτηριστικών Σωματιδίων
Η διάβρωση του PTFE είναι πολύ μεγαλύτερη εάν τα σωματίδια είναι:

Στρογγυλό όχι γωνιακό

Μεγάλο, όχι καλά

Σκληρό όχι μαλακό

Αν και η λεία λάσπη σε χαμηλές συγκεντρώσεις μπορεί να προκαλέσει πολύ μικρή ζημιά, τα αιχμηρά σωματίδια πυριτίου μπορούν να διαλύσουν το πολυμερές πολύ πιο βίαια.

Γιατί το 70-30 Cupronickel μερικές φορές είναι πιο ανθεκτικό από το PTFE
Όταν εξετάζετε καθαρά χημικά μέσα διάβρωσης, το PTFE είναι γενικά προτιμότερο.

Ωστόσο, η σύγκριση είναι ανόμοια στην περίπτωση λειαντικών συνθηκών θαλασσινού νερού.

Αδράνεια και σκληρότητα
70-30 Cu-Ni πλεονεκτήματα του

Αυξημένη σκληρότητα επιφάνειας

Προστασία από οξείδια αυτοθεραπεύεται-

Καλύτερη ανθεκτικότητα στην κοπή σωματιδίων

Το PTFE παρέχει:

Ολική χημική ανοσία

Συμπεριφορά επιφανειών χαμηλής τριβής

Χωρίς ηλεκτρο-χημική αποικοδόμηση

Αλλά το βασικό του ελάττωμα στη διαβρωτική εξυπηρέτηση είναι η απαλότητα.

Η σόλα προστασία του PTFE είναι η τριβή
Το πλεονέκτημα είναι ότι το PTFE έχει χαμηλό συντελεστή τριβής.

Η ολισθηρή επιφάνεια μπορεί:

Μειωμένη τριβή ολίσθησης

Διασκορπίστε κάποια μεταφορά ενέργειας κρούσης

Ωστόσο, αυτό το πλεονέκτημα μπορεί να μην είναι αρκετό για να αντισταθμίσει τη μειωμένη σκληρότητα του υλικού υπό ισχυρή λειαντική ροή.

Τυπικές εφαρμογές κάθε υλικού
Η βέλτιστη επιλογή υλικού εξαρτάται από το αν η διάβρωση ή η διάβρωση είναι ο κύριος παράγοντας στην εφαρμογή.

Όπου 70-30 Cupronickel λάμπει
Το Cupronickel συνεχίζει να αποδίδει πολύ καλά σε:

συμπυκνωτές για θαλάσσια χρήση

Ψυκτικός εξοπλισμός, ναυτικό

Σωληνώσεις αλμυρού νερού υψηλής ροής

Υπηρεσία εναλλάκτη με αντοχή στην άμμο

ειδικά όταν η ταχύτητα ροής είναι μεγάλη αλλά η χημεία είναι κάπως τυπική.

Εκεί που λάμπει το PTFE
Το PTFE είναι εξαιρετικό στους ακόλουθους τομείς:

Μείγματα θαλασσινού νερού από εξαιρετικά διαβρωτικά χημικά

Συστήματα χλωρίωσης

Οξίνιση των θαλάσσιων υδάτων

Συστήματα Ελέγχου Βιορρύπανσης

υπό τον όρο ότι τα αιωρούμενα λειαντικά στερεά είναι περιορισμένα.

Ο αντίκτυπος του σχεδιασμού συστήματος
Η απόδοση του υλικού εξαρτάται επίσης σε μεγάλο βαθμό από το σχήμα του εναλλάκτη και τον υδραυλικό σχεδιασμό.

Έλεγχος της ροής
Η μείωση της διάβρωσης μπορεί να περιλαμβάνει:

Μείωση της ταχύτητας ροής

Με πιο λείους αγκώνες

Εξάλειψη απότομων αλλαγών κατεύθυνσης

Εγκατάσταση διαχωριστή άμμου

Στρατηγικές Υβριδικού Σχεδιασμού
Ορισμένα συστήματα αναμιγνύουν υλικά με σκόπιμα τρόπο:

PTFE σε χημικά επιθετικά περιβάλλοντα

Cu-Ni σε περιοχές υψηλής ροής λειαντικών

Με αυτόν τον τρόπο μπορεί κανείς να εκμεταλλευτεί επιλεκτικά κάθε ουσία.

Περίληψη
Η αξιολόγηση 70-30 χαλικονικελίου έναντι PTFE σε θαλασσινό νερό υψηλής ταχύτητας είναι μια κλασική τεχνική αντιστάθμιση της χημικής αδράνειας έναντι της μηχανικής αντοχής. Το PTFE είναι πλήρως ανθεκτικό στη διάβρωση από το θαλασσινό νερό, αν και η σχετικά μαλακή επιφάνειά του μπορεί να διαβρωθεί πολύ όταν υποβληθεί σε γρήγορη-μετακινούμενη ροή με άμμο. Στην πράξη, υπό τέτοιες συνθήκες, οι ταχύτητες περιορίζονται ίσως σε 1-2 m s-1.

Αντίθετα, 70-30 χαλκός-νικέλιο θωρακίζεται με μια στιβαρή, αυτοθεραπευόμενη επίστρωση οξειδίου του χαλκού, η οποία μπορεί να ανεχθεί ταχύτητες αλμυρού νερού 3-4 m/s σε καθαρή λειτουργία και να συνεχίσει να ανακάμπτει από μέτρια ζημιά λόγω τριβής. Αυτή η προστατευτική επίστρωση, μαζί με τη σκληρότητα και τη μηχανική ανθεκτικότητα του κράματος, μπορεί να επιτρέψει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής σε εξαιρετικά διαβρωτικά θαλάσσια περιβάλλοντα.

Έτσι, υπό αυστηρή χρήση αμμώδους θαλασσινού νερού, το πιο δύσκολο κράμα μετάλλων μπορεί να είναι πιο ανθεκτικό συνολικά από το χημικά ανώτερο πολυμερές. Στο τέλος, η επιλογή υλικού για τα θαλάσσια θερμικά συστήματα είναι μια μάχη μεταξύ δύο διαφορετικών δυνάμεων: της ικανότητας του μετάλλου να αυτοθεραπεύεται και να υφίσταται φυσικό χτύπημα και στην ικανότητα του πολυμερούς να αγνοεί απλώς τη χημεία.