Kuidas auruga oksüdeeriv eeltöötlus (300 kraadi juures 2 tundi) suurendab titaansoojendi järgnevat happekorrosioonikindlust?

Protsessiinsenerile, kes soovib pikendada titaanist sukelsoojendi kasutusiga söövitavas happekeskkonnas, näiteks kuumas väävel- või vesinikkloriidhappes, suurendab 2-tunnine auruga oksüdeeriv eeltöötlus 300 kraadi juures mõõdetavalt korrosioonikindlust. See preparaat kasvatab küttekeha pinnale reguleeritud, paksema titaandioksiidi (TiO2) kile, tavaliselt 0,5–2,0 mikronit, võrreldes algse 2–7 nanomeetrise passiivse kilega. Paksem oksiidikiht on vastupidavam keemilisele lahustumisele, tagab homogeensema barjääri happerünnakule ja sellel on vähem tõrkekohti, kus võib esineda lokaalseid auke. Kvantitatiivsed testid näitavad, et auruga -oksüdeeritud titaanil on 50–80% väiksem korrosioonimäär kui töötlemata titaanil 20% H₂SO₄ 80 kraadi juures ja 2–5 korda pikem kuumutusaeg agressiivsetes redutseerivates hapetes.

Auru oksüdatsiooni mehhanism ja mõju oksiidstruktuurile
The reaction Ti + 2H2O -->TiO2 + 2H2 saab reguleerida, kuumutades titaani aurus (veeaurus) 300 kraadi juures. Aurukeskkond moodustab tiheda, kleepuva rutiili katte (kristalliline TiO₂). See on vastupidine kuiva õhu oksüdatsioonile, mis võib tekitada poorse oksiidi, millel on purunemised ja laigud. Auruga oksüdatsiooni tulemuseks on ühtlasem ja vähem vigane oksiidikiht, kuna metall-oksiidi liideses moodustunud vesinik suudab oksiidi kaudu välja imbuda, põhjustades rohkem survet (kaitsvat) stressi.

2. klassi titaani jaoks on optimaalne töötlemine 300 kraadi, 2 tundi. Madalamatel temperatuuridel (200 kraadi) kasvab oksiid liiga aeglaselt (< 0.1 µm in 2 h). At higher temperatures (400°C) the oxide grows excessively fast (>5 µm) ja on altid lõhenemisele. Selle 2-tunnine pikkus võimaldab pinna täielikult katta, sealhulgas pragusid ja keevispiirkondi, kuid ilma soojusjuhtivust piirava paksuseta. Moodustunud oksiidikiht on kuldse või sinakaspruuni värvusega (interferentsvärvid), mis vastab umbes 0,5–2,0 µm paksusele.

Auru oksüdatsioonist põhjustatud korrosioonikindluse paranemise kvantifitseerimine
Happeline keskkond (temperatuur) 2. astme Ti korrosioonikiirus (mm/aastas) Töötlemata Auruga oksüdeeritud (300 kraadi, 2 tundi) Korrosioonikiirus (mm/aastas) Vähendusteguri hinnanguline eluea pikenemine
20 % H₂SO₄, 60 kraadi 0.15 0.04 3.8× 4× 20 % H2SO4, 80 kraadi 0.80 0.20 4.0× 4× 10% HCl, 50 kraadi 0.25 0.08 3.1× 3× 10 % HCl, 70 kraadi 1.20 0.35 3.4× 3× 5 % hape {{2} 5 % 0} 0 kraadi H3PO4, 100 kraadi 0.10 0.04 2.5 × 2,5 × 10% oksaalhapet, 60 kraadi 0.60 0.20 3.0 × 3 ×
Suurim muutus toimub hapetega (H2SO4, HCl, sipelghape, oksaalhape), kui passiivne kile on töötlemata olekus vaid vähesel määral stabiilne. Oksüdeerivad happed (lämmastik-, kroomhape) stabiliseerivad oma olemuselt natiivset passiivset kilet ja auruga oksüdatsioon annab vähe lisaeeli (reduktsioonitegur < 1,5×). Eeltöötlus parandab ka vastupidavust vesiniku neeldumisele katoodseadistustes, kuna paksem oksiid toimib aatomi vesiniku difusioonibarjäärina.

Stsenaariumil{0}}põhine juhend auruoksüdatsiooni eeltöötluse rakendamiseks
Happehooldus ja raskusaste Soovitatav eeltöötlus|Eeldatav kasu|Rakendamise kaalutlused
Lahjendatud H₂SO₄ (5–15%), 50–70 kraadi, pidevAuruga oksüdatsioon (300 kraadi, 2 tundi) 3–4-kordne eluea pikendamise tegur.Kõige rohkem soovitatav. Ökonoomne uutele küttekehadele.
Concentrated H 2 SO 4 (>50%) Mis tahes temperatuurAuru oksüdatsioon ei ole tõhus Minimaalne eelis. Kontsentreeritud happes lahustub oksiid kiiresti. Kasutage titaani klassi 7.
HCl teenus (5–15%) 40–60 kraadi Auruoksüdatsioon 3-kordne eluea pikenemine Tõhus, kuid jälgige hüdriidimist. Auruoksiid vähendab vesiniku imendumist.
Sipelghape, oksaalhape, mis tahes kontsentratsioon.Auruga oksüdatsioon 2–3-kordne eluea pikenemine Soovitatav marginaalseteks rakendusteks, kus töötlemata titaan korrodeerub 0,2–0,5 mm/aastas.
Teenindus merevees või kloriidides (ilma happeta)Pole vajalik Eelised puuduvad Passiivkile on kloriidides stabiilne. Auruga oksüdeerimine pole vajalik.
Kvaliteetne vesi (vähe söövitav) Pole vajalik. Eelised puuduvad. Korrosiooniprobleeme pole vaja parandada.
Vana kütteseade (uuesti paigaldatav)Ei ole otstarbekas. Enne paigaldamist tuleb auruga oksüdeerida. Seda ei saa teha kohapeal.
Auruoksüdatsiooni eeltöötlemise{0}}tehnilised aspektid
Auru oksüdatsiooni eeltöötlus tuleks läbi viia kontrollitud keskkonnas auru sissepritsega ahjus. Enne töötlemist peab kütteseade olema puhas (rasvast eemaldatud, happega marineeritud, et eemaldada võimalik oksiid või saaste). Temperatuuri kiirus peaks olema alla 5 kraadi minutis, et vältida termilist stressi. Pärast 2-tunnist hoidmist 300 kraadi juures tuleb kerist ettevaatlikult maha jahutada (ahju jahe või<= 3°C/min) to avoid oxide cracking. The treated surface is fragile and must be handled with clean gloves, since any scratches to the metal will act as corrosion initiation sites . The oxide layer reduces the thermal conductivity of the heater significantly (~5-10%) and should be taken into account for watt density estimates. For applications currently running near the critical heat flux, the thicker oxide may raise the sheath temperature by 5-10 °C.

Järeldus: auruga oksüdatsioon pikendab redutseerivate hapete eluiga 3–4 korda
Auruga oksüdeeriv eeltöötlus 300 kraadi juures 2 tundi loob 2. klassi titaanküttekeha pinnale reguleeritud tiheda titaandioksiidi kihi paksusega 0,5–2,0 µm. Happeline korrosioonikindlus paraneb redutseerivates hapetes (väävel-, vesinikkloriid-, sipelghape, oksaalhape) 3–4 korda. See paksem, homogeensem oksiid on keemilise lagunemise suhtes vähem tundlik ja takistab vesiniku imendumist. Uute titaansoojendite eeltöötlus auruga oksüdatsiooniga, mida kasutatakse lahjendatud kuni mõõdukalt redutseerivates hapetes, lisab küttekeha maksumusele umbes 10–15%, kuid pikendab kasutusiga 2–5 korda ja on väga kulutõhus. Eeltöötlus ei ole kasulik oksüdeerivate hapete (lämmastik-, kroomhape) või kloriidi domineerivate olukordade puhul, kus natiivne passiivne kile on juba stabiilne. Sama lähenemisviisi saab kasutada ka titaanist küttekeha tellimisel happe vähendamiseks. Auru oksüdatsiooni eeltöötluse määramine salvestatud protsessiparameetritega (300 kraadi, 2 tundi, auruatmosfäär) tagab, et enne küttekeha kasutuselevõttu saavutatakse suurem korrosioonikindlus.