W jaki sposób wzór szumu elektrochemicznego (wahania prądu) z tytanowego podgrzewacza zanurzeniowego w 3% NaCl w temperaturze 80 stopni zmienia się w miarę przechodzenia wżerów metastabilnych w wżery stabilne i jak można to wykorzystać do wczesnego ostrzegania?

Tytan wykazuje charakterystyczny szum elektrochemiczny w 3% NaCl w temperaturze 80 stopni przed wżerami. Metastabilne wgłębienia generują krótkie impulsy prądu o niskiej amplitudzie 0,1–1 µA, trwające 0,1–1 sekundy. Stabilne wgłębienia tworzą większe, dłuższe impulsy 5-50 µA o czasie trwania dłuższym niż 1 s i charakterystycznym zboczu narastającym. Śledzenie zmiany szumu wżerowego z metastabilnego na stabilny służy jako wczesne ostrzeżenie o wżerach, dzięki czemu można podjąć działania naprawcze przed wystąpieniem perforacji. W miarę stabilizacji wgłębień wzór szumu zmienia się z przypadkowych izolowanych skoków w okresowe impulsy o dużej amplitudzie.

Mechanizm elektrochemicznego generowania szumu w wyniku wżerów

Metastabilny wgłębienie zarodkuje się i rozszerza przez krótki okres czasu, a następnie ulega repasywacji, powodując krótkotrwały stan przejściowy prądu. Po utworzeniu dołu nadal się rozwija, tworząc dłuższy stan przejściowy prądu. To przejście ma miejsce, gdy głębokość wgłębienia przekracza wartość progową (zwykle 1–5 µm), przy której repasywacja nie jest możliwa. Szum prądu mierzy się amperomierzem o zerowej rezystancji pomiędzy elektrodą roboczą (grzejnikiem) a przeciwelektrodą. Fluktuacje bada się w dziedzinie czasu.

Ilościowa charakterystyka hałasu w funkcji stopnia wżerów.

Controlled tests of Grade 2 titanium in 3% NaCl at 80°C have established the following noise characteristics. The current spike amplitude in metastable pits is 0.1-1 µA, spike duration is 0.1-1 s, frequency is 10-100 spikes/h and the warning period before perforation is >500 godz. W przypadku dołów przejściowych amplituda wynosi 1–5 µA, czas trwania 0,5–3 sekundy, częstotliwość 50–200 impulsów na godzinę, a czas ostrzegania wynosi 100–500 godzin. Dla wczesnych stabilnych wgłębień amplituda wynosi 5-20 µA, czas trwania 1-10 sekund, częstotliwość 20-100 skoków na godzinę i czas ostrzegania 50-200 godzin. Amplituda 20–100 µA, czas trwania 10–100 s, częstotliwość 5–50 skoków/godz., czas ostrzeżenia<50 hr for late stable pits.

Rozpoznawanie wzorców hałasu w celu wczesnego ostrzegania

Forma obecnego kolca jest również inna. Metastabilne wgłębienia dają ostre, symetryczne kolce. Wgłębienia przejściowe dają asymetryczne skoki z powolnym wzrostem i szybkim zanikiem. Stabilne wgłębienia dają skoki z powolnym wzrostem i powolnym zanikiem, zazwyczaj z wtórnymi oscylacjami. Całkowity ładunek (całka prądu w czasie) wzrasta liniowo dla stabilnych wżerów, ale jest stały dla metastabilnych wżerów.

Elektrochemiczne monitorowanie hałasu w celu wykrywania wżerów

Poniższa tabela stanowi przewodnik dotyczący interpretacji charakterystyk szumów elektrochemicznych grzejników tytanowych klasy 2 w 3% NaCl w temperaturze 80 stopni C.

Znaczenie wykrytego wzorca hałasu Zalecane działanie Oczekiwany pozostały czas życia (grubość ścianki 1,2 mm)
Sporadyczne metastabilne skoki Normalna pasywność Brak > 1000 godzin
Powtarzające się metastabilne kolce. Wyższe zarodkowanie wżerów. Zwiększ częstotliwość kontroli 500-1000 h.
Skoki, przejście (1-5µA) 200-500 godz. Wgłębienia, najpierw stabilne Kontrola planu, 1 miesiąc
Stabilne kolce (5-20 µA) Dołki hodowlane Kontrola po 1 tygodniu 100-200 godzin
Large steady spikes (>20uA) Silne wżery Wymiana natychmiast po < 100 godzinach
Inżynieria nie tylko do monitorowania hałasu

Właściwości akustyczne zależą od gatunku tytanu. Klasa 7 (stabilizowana palladem) ma niższą amplitudę szumów dla tego samego stopnia wgłębienia ze względu na szybszą repasywację. Grubość ścianki nie ma wpływu na hałas, ma natomiast wpływ na czas pomiędzy wykryciem a perforacją. Częstotliwość szumu zależy od stężenia chlorku, częstotliwość impulsów wzrasta wraz ze wzrostem chlorku. Temperatura wpływa na amplitudę hałasu, im wyższa temperatura, tym większa amplituda. Pomiar potencjalnego szumu wymaga elektrody odniesienia (Ag/AgCl) oprócz bieżącego szumu.

Uzyskanie świadomej specyfikacji

Zainstaluj system elektrochemicznego monitorowania szumów (amperomierz o zerowej rezystancji i platynowa przeciwelektroda) dla kluczowych grzejników tytanowych w temperaturze 80 stopni C w 3% NaCl. Punkt ustawienia alarmu: przy amplitudzie impulsu przejścia wynoszącej 2 µA. Blokada wyłączenia: przy stabilnej amplitudzie impulsu 10 µA. Stale monitoruj skumulowany ładunek i rejestruj widmo hałasu. W przypadku wykrycia przejścia w stałe wżery należy zlecić wymianę grzejnika w ciągu 30 dni. Inżynier analizuje wzorce szumów elektrochemicznych, rozpoznaje przejście od wżerów metastabilnych do stabilnych i interweniuje przed perforacją.