Äärimmäinen ympäristö
Sekatyppi-fluorivetyhappopeittaus 90 asteessa on yksi aggressiivisimmista ympäristöistä teollisessa kemiallisessa käsittelyssä. Liuos-tyypillisesti 10-20 % HNO₃ ja 2-5 % HF- yhdistää typpihapon vahvan hapetusvoiman fluoridi-ionin ainutlaatuiseen kykyyn kompleksoida ja liuottaa metallien pinnalla olevia suojaavia oksidikalvoja.
Tantaali-2,5 % volframiseos (Ta-2,5 W) on korroosionkestävin metallimateriaali, joka on kaupallisesti saatavilla tähän palveluun. Puhdas tantaali kestää jo poikkeuksellisen paljon; volframilisäys vahvistaa metalliseosta ja parantaa entisestään fluoridin vastustuskykyä passiivikalvon kiinteän liuoksen vaikutuksilla.
PTFE on immuuni molemmille hapoille erikseen ja niiden yhdistelmälle. Ei ole passiivista elokuvaa hyökätä vastaan. Fluoridista kompleksiin ei ole metalliatomeja. Vertailu kestävimmän metallin ja inertin polymeerin välillä tässä äärimmäisessä ympäristössä valaisee metallisen korroosiosuojauksen perusrajat.
Tantaalipassiivinen kalvo fluoridihyökkäyksen alla
Tantaali kestää sekoitettua HNO₃-HF:a passiivisen Ta2O5-kalvon läpi, joka on yksi kemiallisesti kestävimmistä tunnetuista oksideista. Kalvo on stabiili typpihapossa koko pitoisuus- ja lämpötila-alueella. Fluoridi-ionien läsnä ollessa kalvo käy läpi hitaan liukenemisreaktion:
Ta₂O₅ + 14HF → 2TaF₇²⁻ + 5H₂O + 4H⁺
Tantaali{0}}fluoridikompleksi on liukoinen. Kalvo liukenee. Alla oleva tantaalimetalli reagoi typpihapon kanssa, joka hapettaa uudelleen-pinnan ja uudistaa passiivisen kalvon. Nettotuloksena on jatkuva, hidas tantaalihäviö{5}}korroosionopeus, joka riippuu HF-pitoisuudesta, lämpötilasta ja HNO₃/HF-suhteesta.
Ta-2,5 W:n volframilisäys muuttaa tätä toimintaa. Passiivikalvoon sisällytetyt volframiatomit muuttavat sen elektronista rakennetta tehden siitä kestävämmän fluoridihyökkäyksille. Ta-2,5 W:n korroosionopeus HNO₃-HF-seoksessa on noin 30-50 % pienempi kuin puhtaan tantaalin samoissa olosuhteissa. Tämä on merkittävä parannus, mutta se on nopeuden lasku, ei mekanismin poistaminen.
| Korroosioparametri | Tantaali (puhdas) | Tantaali-2,5W | PTFE |
|---|---|---|---|
| Korroosiosuojamekanismi | Ta₂O5 passiivinen kalvo | W-muokattu Ta₂O5 passiivinen kalvo | Luontainen C-F-sidoksen vakaus |
| Korroosionopeus 15 % HNO₃ + 3 % HF 90 asteessa (mm/vuosi) | 0.02-0.08 | 0.01-0.05 | 0 |
| Korroosionopeus, jos HF kasvaa 5 %:iin (mm/vuosi) | 0.05-0.15 | 0.03-0.10 | 0 |
| Herkkyys HNO₃/HF-suhteelle | Korkea (kalvon stabiilisuus riippuu hapettimen/fluoridi tasapainosta) | Kohtalainen | Ei mitään |
| Herkkyys lämpötilalle | Korkea (nopeus noin kaksinkertaistuu 15 astetta kohti) | Korkea | Ei mitään (alle 260 astetta) |
| Hitsausvyöhykkeen korroosio | Ensisijainen hyökkäys mahdollinen | Vähennetty, mutta ei poistettu | N/A (ei hitsejä) |
| Materiaalikustannukset (suhteellinen) | 40-60× | 50-80× | 1× |
Lämpötilan kiihtyvyystekijä
Tantaalin korroosionopeus fluori{0}}pitoisissa liuoksissa on voimakkaasti lämpötilasta{1}}riippuvainen. Nopeus noin kaksinkertaistuu jokaista 15 asteen nousua kohti. 60 asteessa Ta-2,5W lämmönvaihdin voi toimia 5-8 vuotta. 90 asteessa käyttöikä voi lyhentyä 2-3 vuoteen. 110 asteessa vaihto saattaa olla tarpeen 12-18 kuukauden kuluessa.
PTFE:n korroosionopeus on nolla kaikissa kolmessa lämpötilassa. Lämmönvaihtimen käyttöiän määrää mekaaninen ryömintä höyrypaineesta, ei kemiallinen vaikutus. 90 asteen kulmassa sopivalla höyrynpainesäädöllä PTFE:n käyttöikä on 15+ vuotta - 5-7 kertaa pidempi kuin Ta-2,5 W.
Excursion haavoittuvuus
HNO₃/HF-suhde peittauskylvyissä vaihtelee käytön aikana. Huuhteluveden sisäänveto työkappaleeseen-laimentaa kylvyn. Hapon lisäyksiä pitoisuuden palauttamiseksi voidaan tehdä hieman poikkeavilla-määrityksillä. Haihtumishäviöt muuttavat koostumusta. Nämä vaihtelut muuttavat hapettimen ja fluorin tasapainoa, johon tantaali luottaa säilyttääkseen passiivisen kalvonsa.
Alhainen HNO₃/HF-suhde-esimerkiksi hapon lisäysvirheestä-voi poistaa passiivisen kalvon tantaalista nopeammin kuin käytettävissä oleva typpihappo pystyy uudistamaan sen. Tuloksena oleva aktiivinen korroosio jatkuu, kunnes happosuhde on korjattu. Yhden retken vauriot voivat vastata kuukausien normaalia korroosiota.
PTFE:llä ei ole herkkyyttä happosuhteelle. Minkä tahansa suuruinen suhdepoikkeama jättää materiaalin ennalleen. Tämä matkan kestävyys on yhtä arvokas kuin vakaan tilan-korroosionopeus määritettäessä käytännön käyttöikää.
Yhteenveto
PTFE-lämmönvaihtimet ovat ehdoitta immuuneja seka-HNO₃-HF-peittaukselle 90 asteessa, kun taas tantaali-2,5 % volframiseos-tämän palvelun kestävin kaupallinen metalli-syövyttää 0,01–0,05 mm/vuosi fluoridiliukeneessa passiivisen kalvon liukenemisen seurauksena. Korroosionopeus kiihtyy lämpötilan myötä ja on herkkä HNO₃/HF-suhteelle. PTFE tarjoaa 5–7 kertaa pidemmän käyttöiän, eliminoi herkkyyden prosessin poikkeamille ja maksaa murto-osan tulenkestävästä seoksesta. HNO₃-HF-sekapalvelussa PTFE:n lämpötilarajoissa PTFE on ylivoimainen valinta.
Tekninen tuki PTFE-lämmönvaihtimen spesifikaatioille sekahappopeittauksessa on saatavilla, kun happopitoisuudet, normaalit ja kiertolämpötila-alueet sekä nykyiset laitteiden käyttöikätiedot on toimitettu.
