Σε έναν θερμαντήρα θήκης τιτανίου που υποβάλλεται σε καθημερινό καθαρισμό με 10% φωσφορικό οξύ στους 80 βαθμούς, πώς η ποιότητα του νερού έκπλυσης (βρύσης έναντι απιονισμένου) επηρεάζει την κινητική της επαναπαθητοποίησης και την επακόλουθη διάνοιξη κατά τη λειτουργία;

Σε βιομηχανικές εργασίες, οι θερμαντήρες θήκης τιτανίου τίθενται σε εναλλασσόμενες συνθήκες διάβρωσης και πλύσης με καθημερινό κύκλο καθαρισμού, χρησιμοποιώντας 10% φωσφορικό οξύ στους 80 βαθμούς. Η ποιότητα του νερού έκπλυσης μεταξύ των κύκλων καθαρισμού είναι απαραίτητη για την κινητική επαναπαθητικοποίησης της επιφάνειας τιτανίου. Το απιονισμένο νερό με ειδική αντίσταση > 1 MΩ·cm επιτρέπει τη γρήγορη επαναπαθητοποίηση και το σχηματισμό σταθερού παθητικού φιλμ εντός 10–30 λεπτών. Το νερό της βρύσης που περιέχει χλωρίδια (συνήθως 50-200 ppm) και άλλα ιόντα επιβραδύνει την επαναπατικοποίηση, αυξάνοντας τον χρόνο για να επιτευχθεί σταθερή στρώση σε 2-6 ώρες και αφήνοντας προσροφημένα χλωρίδια στην επιφάνεια που χρησιμεύουν ως θέσεις έναρξης σκασίματος κατά τη διάρκεια της μεταγενέστερης λειτουργίας. Η ποιότητα του νερού έκπλυσης που επιλέγεται επηρεάζει άμεσα την πυκνότητα και τη διάρκεια ζωής του θερμαντήρα.

Ο μηχανισμός επίδρασης του νερού έκπλυσης στην κινητική της επαναπαθητικότητας

Μετά από επεξεργασία με 10% φωσφορικό οξύ η επιφάνεια του τιτανίου βρίσκεται σε ενεργή ή εν μέρει παθητική κατάσταση. Το οξύ απομακρύνεται με το ξέπλυμα, αλλά ρυθμίζει επίσης τη χημεία του διαλύματος στο οποίο συμβαίνει η επαναπαθητοποίηση. Το απιονισμένο νερό παρέχει ένα καθαρό περιβάλλον χαμηλής αγωγιμότητας για την ομοιόμορφη ανάπτυξη του παθητικού φιλμ τιτανίου. Δεν υπάρχουν εχθρικά ιόντα και μπορεί να σχηματιστεί ένα πυκνό στοιχειομετρικό στρώμα TiO2. Τα ιόντα χλωρίου από το νερό της βρύσης απορροφώνται στην επιφάνεια του τιτανίου και ανταγωνίζονται το οξυγόνο για τις θέσεις προσρόφησης. Και, τα χλωρίδια σταματούν τη δημιουργία της παθητικής μεμβράνης και μπορούν να παγιδευτούν κάτω από το οξείδιο καθώς σχηματίζεται, προκαλώντας αδύναμα σημεία που θα αρχίσουν να ανοίγουν όταν ο θερμαντήρας τεθεί ξανά σε λειτουργία. Ο χρόνος επαναπαθητοποίησης είναι ο χρόνος που απαιτείται για να πέσει η πυκνότητα του ρεύματος διάβρωσης κάτω από 1 µA/cm2 μετά το ξέπλυμα.

Ποσοτικοί χρόνοι επαναπαθητοποίησης και ρυθμοί διάτρησης διαφορετικών ποιοτήτων νερού έκπλυσης

Η ελεγχόμενη δοκιμή κουπονιών τιτανίου Βαθμού 2, χρησιμοποιώντας ημερήσια εμβάπτιση 1 ώρας σε φωσφορικό οξύ 10% στους 80 βαθμούς, ακολουθούμενη από ξέπλυμα 15 λεπτών και στη συνέχεια εμβάπτιση σε 3% NaCl στους 60 βαθμούς για αναπαραγωγή, έχει καθιερώσει την ακόλουθη συμπεριφορά σε 30 κύκλους. Ο χρόνος επαναπαθητικότητας κατά το ξέπλυμα με απιονισμένο νερό με ειδική αντίσταση 18 MΩ·cm είναι 10–30 λεπτά, το παθητικό πάχος μεμβράνης μετά από 1 ώρα είναι 3–5 nm, η πυκνότητα κοιλοτήτων στο επόμενο σέρβις είναι 0–5 κοιλότητες ανά cm² και το μέγιστο βάθος κοιλώματος μετά από 500 μm είναι 0–20 μm. Αυτή η απόδοση θεωρείται εξαιρετική. Ο χρόνος επαναπαθητικοποίησης στο μαλακωμένο νερό της βρύσης (10.000 Ω·cm ειδική αντίσταση, χλωριούχο 20 ppm) αυξάνεται σε 30–90 λεπτά, το πάχος του φιλμ μετά από 1 ώρα είναι 2–4 nm, η πυκνότητα διάτρησης είναι 5–20 κοιλότητες/cm2 και το βάθος κοιλότητας είναι καλή απόδοση 20,0 μm. κανονικό νερό βρύσης, 2000 Ohm-cm ειδική αντίσταση, 100 ppm χρόνος επαναπαθητοποίησης χλωρίου 1-3 ώρες πάχος φιλμ μετά από 1 ώρα 1-3 nm πυκνότητα κοιλοτήτων 20-80 pits/cm2 βάθος κοιλώματος 80-200 mm μέτριο έως φτωχό. Το σκληρό νερό της βρύσης έχει χρόνο επαναπαθητοποίησης 3–6 h, πάχος φιλμ 1–2 nm μετά από 1 ώρα, πυκνότητα κοιλοτήτων > 80 pits/cm² και βάθος κοιλώματος > 200 μm σε ειδική ειδική αντίσταση 500 Ω· cm και χλωριούχο 200 ppm, το οποίο είναι απαράδεκτο.

Επίδραση της Διάρκειας και της Θερμοκρασίας Ξεβγάλματος στην Ποιότητα της Επαναπαθητικότητας

Η απόδοση του ξεβγάλματος είναι συνάρτηση της ποιότητας του νερού και των παραμέτρων του ξεβγάλματος. Ένα ξέπλυμα 5 λεπτών με απιονισμένο νερό είχε ως αποτέλεσμα 80% επαναπαθητοποίηση σε σύγκριση με ένα ξέβγαλμα 30 λεπτών. Ένα ξέβγαλμα διάρκειας 60 λεπτών με νερό βρύσης με 100 ppm χλωριούχο δεν ισοδυναμεί με ένα ξέπλυμα 10 λεπτών με απιονισμένο νερό όσον αφορά την ποιότητα της επαναπαθητικότητας. Η θερμοκρασία του νερού ξεβγάλματος είναι ένας άλλος σημαντικός παράγοντας. Το ζεστό νερό έκπλυσης (40 βαθμοί ) βελτιώνει την κινητική της επαναπαθητοποίησης κατά 30–50% σε σύγκριση με το κρύο νερό έκπλυσης (20 βαθμοί ) τόσο για το απιονισμένο νερό όσο και για το νερό της βρύσης. Ωστόσο, το ζεστό νερό της βρύσης μπορεί να προκαλέσει τη συγκέντρωση χλωριδίων σε όλη τη διαδικασία ξήρανσης, επιδεινώνοντας το αποτέλεσμα. Για όλες τις ποιότητες νερού, ένα επιπλέον πλεονέκτημα είναι το τελικό ξέβγαλμα με απιονισμένο νερό μετά το κύριο ξέβγαλμα.

Κύκλοι καθαρισμού με φωσφορικό οξύ - Οδηγός για την επιλογή της ποιότητας του νερού έκπλυσης

Οι συστάσεις για την ποιότητα του νερού έκπλυσης για καθημερινούς κύκλους καθαρισμού με φωσφορικό οξύ 10% στους 80 βαθμούς δίνονται στον παρακάτω πίνακα, ανάλογα με την επιθυμητή αντίσταση στα σκασίματα και τη διάρκεια ζωής σε επακόλουθες υπηρεσίες που περιέχουν χλωριούχα-.

Επιθυμητή πυκνότητα κοιλοτήτων (pits/cm2) μετά από 500 ώρες Μέγιστο επιτρεπόμενο χλωρίδιο στο νερό έκπλυσης (ppm) Ελάχιστη συνιστώμενη αντίσταση στο νερό έκπλυσης (Ω·cm) Συνιστώμενη διάρκεια ξεβγάλματος (λεπτά) Απαιτείται τελικό ξέβγαλμα<5 <10 >100,000 15 Ναι (ψεκασμός DI)
5 - 20 10 - 50 10,000 - 100,000 20 Συνιστάται
20–80 50–150 1,000–10,000 30 Recommended >80 >150 <1,000 60+ Not effective Engineering Beyond Rinse Water Quality Control

Ο βαθμός τιτανίου επηρεάζει την κινητική της επαναπαθητικότητας. Ο βαθμός 7 (-σταθεροποιημένο παλλάδιο) επαναπαιτικοποιείται 2-3 φορές πιο γρήγορα από τον βαθμό 2 σε οποιαδήποτε ποιότητα νερού έκπλυσης, μειώνοντας την ευαισθησία στη μόλυνση από χλωριούχα. Το πάχος του τοίχου προσφέρει περιθώριο διάτρησης. Ένας τοίχος 2,0 mm, με μέτρια κοιλότητα από το ξέβγαλμα με νερό βρύσης, μπορεί να διαρκέσει 5-8 χρόνια, αλλά ένας τοίχος 1,2 mm θα αποτύχει νωρίτερα. Η τεχνική του στεγνώματος μετά το ξέπλυμα είναι σημαντική. Η αναγκαστική ξήρανση με ζεστό αέρα στους 60 βαθμούς για 10 λεπτά εξαλείφει την υγρασία που απομένει, αποφεύγοντας τις περιοχές συγκέντρωσης χλωρίου. Εάν ο όγκος του απιονισμένου νερού είναι περιορισμένος, ένας συμβιβασμός{17}}από άποψη κόστους είναι ένα ξέβγαλμα σε δύο στάδια (νερό βρύσης ακολουθούμενο από απιονισμένο νερό).

Παροχή ενημερωμένης προδιαγραφής

Για θερμαντήρα θήκης τιτανίου που χρησιμοποιείται καθημερινά με 10 % φωσφορικό οξύ στους 80 βαθμούς και στη συνέχεια εκτίθεται σε περιβάλλον που περιέχει χλωρίδιο, χρησιμοποιήστε ένα ξέβγαλμα δύο- σταδίων. Ένα αρχικό ξέπλυμα με νερό βρύσης για 1 λεπτό και στη συνέχεια ένα τελευταίο ξέβγαλμα με απιονισμένο νερό ειδικής αντίστασης 18 MΩ·cm για 10 λεπτά στους 40 βαθμούς. Καθορίστε το τελικό νερό έκπλυσης να είναι λιγότερο από 10 ppm χλωριούχα. Εάν το απιονισμένο νερό δεν είναι διαθέσιμο για τις υπάρχουσες εγκαταστάσεις, προσθέστε ένα φυσίγγιο απιονισμού στη γραμμή έκπλυσης ή επεκτείνετε το χρόνο ξεβγάλματος στα 60 λεπτά με εξαναγκασμένο στέγνωμα στον αέρα. Μετά τη διαδικασία έκπλυσης κατά τη θέση σε λειτουργία, μετρήθηκε ένα κουπόνι δοκιμής για δυνατότητα επαναπαθητικοποίησης. Μια τιμή μικρότερη από -0,1 V έναντι Ag/AgCl σε NaCl 3% υποδηλώνει ατελή επαναπαθητοποίηση και απαιτεί μεγαλύτερη ή υψηλότερης ποιότητας ξέβγαλμα. Ο μηχανικός χρησιμοποιεί απιονισμένο νερό πλύσης αντί για νερό βρύσης για ταχεία επαναπαθητοποίηση και όχι περαιτέρω κοίλωμα σε λειτουργία.