W tytanowym grzejniku płaszczowym poddawanym codziennemu czyszczeniu 10% kwasem fosforowym w temperaturze 80 stopni, w jaki sposób jakość wody do płukania (kranowa czy dejonizowana) wpływa na kinetykę repasywacji i późniejsze wżery podczas pracy?

W operacjach przemysłowych grzejniki z powłoką tytanową poddawane są naprzemiennym warunkom korozyjnym i myjącym podczas codziennego cyklu czyszczenia, przy użyciu 10% kwasu fosforowego w temperaturze 80 stopni. Jakość wody płuczącej pomiędzy cyklami czyszczenia ma zasadnicze znaczenie dla kinetyki repasywacji powierzchni tytanu. Woda dejonizowana o rezystywności > 1 MΩ·cm umożliwia szybką repasywację i utworzenie stabilnej warstwy pasywnej w ciągu 10–30 min. Woda kranowa zawierająca chlorki (zwykle 50–200 ppm) i inne jony spowalnia repasywację, wydłużając czas do uzyskania stabilnej warstwy do 2–6 godzin i pozostawiając na powierzchni zaadsorbowane chlorki, które służą jako miejsca startu wżerów podczas późniejszej eksploatacji. Jakość wybranej wody do płukania ma bezpośredni wpływ na gęstość wżerów i żywotność grzejnika.

Mechanizm wpływu wody płuczącej na kinetykę repasywacji

Po obróbce 10% kwasem fosforowym powierzchnia tytanu jest w stanie aktywnym lub częściowo pasywnym. Kwas jest usuwany poprzez płukanie, ale ustala również skład chemiczny roztworu, w którym następuje repasywacja. Woda dejonizowana zapewnia czyste środowisko o niskim przewodnictwie, umożliwiające równomierny wzrost tytanowej warstwy pasywnej. Nie ma w nim żadnych wrogich jonów i może powstać gęsta stechiometryczna warstwa TiO2. Jony chlorkowe z wody wodociągowej są adsorbowane na powierzchni tytanu i konkurują z tlenem o miejsca adsorpcji. Chlorki zapobiegają tworzeniu się warstwy pasywnej i mogą zostać uwięzione pod tworzącym się tlenkiem, powodując powstawanie słabych punktów, w których zaczną pojawiać się wżery po ponownym uruchomieniu grzejnika. Czas repasywacji to czas wymagany, aby po płukaniu gęstość prądu korozyjnego spadła poniżej 1 µA/cm2.

Ilościowe czasy repasywacji i szybkości wżerów dla różnych jakości wody płuczącej

Kontrolowane testy płytek tytanowych klasy 2, polegające na codziennym zanurzeniu na 1 godzinę w 10% kwasie fosforowym w temperaturze 80 stopni, następnie 15 minut płukania, a następnie zanurzeniu w 3% NaCl w temperaturze 60 stopni w celu powtórzenia użytkowania, wykazały następujące zachowanie w ciągu 30 cykli. Czas repasywacji po płukaniu wodą dejonizowaną o oporności 18 MΩ·cm wynosi 10–30 minut, grubość warstwy pasywnej po 1 godzinie wynosi 3–5 nm, gęstość wżerów w późniejszej eksploatacji wynosi 0–5 wżerów na cm², a maksymalna głębokość wżerów po 500 godzinach wynosi 0–20 µm. Ten występ należy uznać za świetny. Czas repasywacji w zmiękczonej wodzie wodociągowej (rezystywność 10 000 Ω·cm, 20 ppm chlorku) wzrasta do 30–90 min, grubość warstwy po 1 godzinie wynosi 2–4 nm, gęstość wżerów wynosi 5–20 wżerów/cm2, a głębokość wżerów 20–80 μm, co wskazuje na dobre działanie. normalna woda wodociągowa, rezystywność 2000 Ohm-cm, czas repasywacji chlorków 100 ppm 1-3 godziny grubość warstwy po 1 godzinie 1-3 nm gęstość wżerów 20-80 wżerów/cm2 głębokość wżerów 80-200 mm średnia do słabej. Twarda woda wodociągowa ma czas repasywacji 3–6 h, grubość warstwy 1–2 nm po 1 h, gęstość wżerów > 80 wżerów/cm² i głębokość wżerów > 200 µm przy oporności 500 Ω·cm i stężeniu chlorku 200 ppm, co jest niedopuszczalne.

Wpływ czasu i temperatury płukania na jakość repasywacji

Skuteczność płukania jest funkcją jakości wody i parametrów płukania. Płukanie wodą dejonizowaną przez 5 minut spowodowało repasywację na poziomie 80% w porównaniu do płukania trwającego 30 minut. 60-minutowe płukanie wodą wodociągową zawierającą 100 ppm chlorku nie jest równoznaczne z 10-minutowym płukaniem wodą dejonizowaną pod względem jakości repasywacji. Temperatura wody do płukania to kolejny ważny czynnik; ciepła woda do płukania (40 stopni) poprawia kinetykę repasywacji o 30–50% w porównaniu z zimną wodą do płukania (20 stopni), zarówno w przypadku wody dejonizowanej, jak i wody z kranu. Jednak ciepła woda z kranu może powodować koncentrację chlorków w trakcie procesu suszenia, co pogorszy wynik. Dla wszystkich jakości wody dodatkową zaletą jest końcowe płukanie wodą dejonizowaną po płukaniu głównym.

Cykle czyszczenia kwasem fosforowym - Przewodnik dotyczący wyboru jakości wody do płukania

Zalecenia dotyczące jakości wody do płukania przy codziennych cyklach czyszczenia przy użyciu 10% kwasu fosforowego w temperaturze 80 stopni podano w poniższej tabeli, w zależności od pożądanej odporności na wżery i żywotności w późniejszej eksploatacji zawierającej- chlorki.

Pożądana gęstość wżerów (wżery/cm2) po 500 godzinach Maksymalny dopuszczalny chlorek w wodzie do płukania (ppm) Minimalna zalecana odporność na wodę do płukania (Ω·cm) Zalecany czas płukania (minuty) Wymagane płukanie końcowe<5 <10 >100,000 15 Tak (spray DI)
5 - 20 10 - 50 10,000 - 100,000 20 Zalecane
20–80 50–150 1,000–10,000 30 Recommended >80 >150 <1,000 60+ Not effective Engineering Beyond Rinse Water Quality Control

Gatunek tytanu wpływa na kinetykę repasywacji. Stopień 7 (-stabilizowany palladem) ulega repasywacji 2-3 razy szybciej niż Stopień 2 w wodzie do płukania dowolnej jakości, zmniejszając wrażliwość na zanieczyszczenia chlorkami. Grubość ścianki zapewnia naddatek na wżery. Ściana o grubości 2,0 mm, z umiarkowanymi wżerami spowodowanymi płukaniem wodą wodociągową, może wytrzymać 5–8 lat, ale ściana o grubości 1,2 mm ulegnie zniszczeniu wcześniej. Ważna jest technika suszenia po płukaniu. Wymuszone suszenie gorącym powietrzem w temperaturze 60 stopni przez 10 minut eliminuje resztki wilgoci, unikając obszarów koncentracji chlorków. Jeśli ilość wody dejonizowanej jest ograniczona,-opłacalnym kompromisem jest dwuetapowe płukanie (woda z kranu, a następnie woda dejonizowana).

Dostarczanie świadomej specyfikacji

W przypadku grzejnika z powłoką tytanową używanego codziennie z 10% kwasem fosforowym w temperaturze 80 stopni, a następnie wystawionego na działanie środowiska zawierającego chlorki, należy zastosować dwuetapowe-płukanie. Wstępne płukanie wodą wodociągową przez 1 minutę, a następnie końcowe płukanie wodą dejonizowaną o oporności 18 MΩ·cm przez 10 minut w temperaturze 40 stopni. Określ, aby zawartość chlorków w wodzie do końcowego płukania była mniejsza niż 10 ppm. Jeśli woda dejonizowana nie jest dostępna w istniejących instalacjach, należy dodać wkład dejonizujący do linii płukania lub wydłużyć czas płukania do 60 minut przy suszeniu wymuszonym powietrzem. Po procedurze płukania podczas rozruchu zmierzono próbkę testową pod kątem potencjału repasywacji. Wartość mniejsza niż -0,1 V w porównaniu do Ag/AgCl w 3% NaCl wskazuje na niepełną repasywację i wymaga dłuższego płukania lub lepszej jakości. Inżynier używa dejonizowanej wody do mycia zamiast wody z kranu, aby szybko dokonać ponownej pasywacji i uniknąć dalszych wżerów podczas pracy.