بالنسبة لقضيب تسخين التيتانيوم من الدرجة 7 المستخدم للحفاظ على 85 درجة في حمام طلاء كلوريد الأمونيوم الزنك، لماذا تتآكل طبقة إثراء البلاديوم بشكل تفضيلي في الغضروف المفصلي؟

تشتمل حمامات الطلاء بكلوريد الأمونيوم الزنك على ZnCl 2 (50-100 جم/لتر)، NH 4 Cl (50-150 جم/لتر) وإضافات عضوية متنوعة عند درجة حموضة 4-6. يتم تشغيل هذه الحمامات بدرجة حرارة 85 درجة. يتم اختيار التيتانيوم من الدرجة 7 (Ti-0.15Pd) نظرًا لمقاومته المحسنة للتآكل بسبب الطبقة السطحية المخصبة بالبلاديوم التي تم إنشاؤها أثناء المعالجة. يشكل الغضروف المفصلي ذو البخار السائل، وهو خط الماء، موطنًا متميزًا. تتبخر الطبقة الرقيقة من الإلكتروليت بسرعة، مما يؤدي إلى تركيز الكلوريدات وأيونات الأمونيوم. يحدث الذوبان الانتقائي لـ Pd من طبقة التخصيب بسبب ارتفاع تركيز الكلوريد وارتفاع درجة الحموضة المحلية (بسبب تسرب الأمونيا). البلاديوم معدن نبيل، لكنه ليس محصنًا ضد التعقيد الناتج عن كلوريد الأمونيوم المركز. بمجرد استنفاد البلاديوم، لم يعد التيتانيوم الأساسي محميًا كاثوديًا ويتآكل بشكل تفضيلي، مما يؤدي إلى إنشاء أخدود محيطي يسبب فشلًا مبكرًا.

آلية الهجوم لطبقة تخصيب البلاديوم

The palladium enrichment layer is generally 20–100 nm thick and palladium is enriched at grain boundaries and surface defects . Cyclic wetting and drying at the meniscus concentrates NH4Cl to near saturation . Ammonium ions complex palladium: Pd + 4NH3 + 2H+ -->[Pd(NH3)4]2+ + H2 . هذا المركب قابل للذوبان ويزيل البلاديوم من السطح. التيتانيوم الموجود تحته، والذي تم تجريده الآن من البلاديوم، لا يمكنه البقاء سلبيًا في بيئة الكلوريد المركزة. يبدأ التآكل النشط. يتم تشكيل الأخدود المحيطي. يتعمق الأخدود بحوالي 0.3-0.8 مم/سنة، مما يؤدي في النهاية إلى ثقب جدار الأنبوب. يحدث هذا الفشل على الرغم من أن معظم المدفأة في حالة جيدة.

معدلات تآكل الغضروف المفصلي الكمي لـ Ti Gr. 7

تم استخدام الاختبارات الخاضعة للرقابة في حمام كلوريد أمونيوم الزنك (80 جم/لتر ZnCl 2، 100 جم/لتر NH 4 Cl، درجة الحموضة 5.2، 85 درجة) مع غضروف مفصلي ثابت لتحديد معدلات التآكل الموضعي عند خط الماء. ويلاحظ تآكل منتظم يبلغ 0.01-0.03 ملم فقط سنويًا على السطح السائب (مغمور بالكامل)، ويكون الفيلم السلبي سليمًا ولا يضيع البلاديوم. يحدث التآكل في منطقة البخار (أكثر من 10 مم فوق السائل) عن طريق الترطيب العرضي بمعدل 0.05-0.15 مم سنويًا. منطقة الغضروف المفصلي (0-10 ملم فوق السائل) هي الأكثر تعرضًا للهجوم بمعدلات تآكل تتراوح بين 0.30-0.70 ملم سنويًا. يتم استنفاد الطبقة الغنية بالبلاديوم خلال التعرض لمدة 100-300 ساعة في الغضروف المفصلي ويتم تشكيل أخدود بعمق 0.2-0.5 ملم بعد 500 ساعة. بالمقارنة، فإن التيتانيوم من الدرجة الثانية (بدون البلاديوم) لديه معدلات تآكل هلالية مماثلة تبلغ 0.40-0.90 ملم سنويًا. ويشير هذا إلى أنه بعد فقدان البلاديوم، لن يكون للدرجة السابعة أي ميزة على الدرجة الثانية.

كيمياء الحمام وشدة هجوم الغضروف المفصلي

تعتمد شدة هجوم الغضروف المفصلي بشكل كبير على محتوى كلوريد الأمونيوم ودرجة الحموضة. بالنسبة لـ 50 جم/لتر NH4Cl ودرجة الحموضة 5.5، يكون معدل تآكل الغضروف المفصلي 0.15-0.30 مم/سنة ويتطلب استنفاد البلاديوم 500-1000 ساعة. عند 100 جم/لتر NH4Cl ودرجة الحموضة 5.0 يرتفع المعدل إلى 0.30-0.70 ملم/سنة ويلاحظ النضوب في 200-400 ساعة. ويبلغ المعدل 0.50-1.00 ملم/سنة عند 150 جم/لتر NH4Cl ودرجة حموضة 4.5 مع استنفاد خلال 100-250 ساعة. الإضافات العضوية في الحمام يمكن أن تعيق التعقيد. مع بعض الإضافات الفريدة عند 100 جم/لتر NH 4 Cl، ينخفض ​​معدل التآكل إلى 0.20-0.40 مم/سنة ويمتد وقت الاستنفاد إلى 300-600 ساعة. ويشارك أيضا تأثير درجة الحرارة. يؤدي خفض درجة حرارة الحمام من 85 درجة إلى 70 درجة إلى تقليل تآكل الغضروف المفصلي بحوالي 40%.

سخانات الدرجة السابعة - دليل منع تآكل الغضروف المفصلي

يحتوي الجدول أدناه على توصيات للوقاية من الهجوم التفضيلي على الغضروف المفصلي في حمامات طلاء كلوريد الأمونيوم الزنك بناءً على إعداد السخان والقيود التشغيلية.

إعداد السخان وتشغيله إجراءات التخفيف الموصى بها معدل تآكل الغضروف المفصلي المتوقع (مم / سنة) تمديد عمر الخدمة
سخان عمودي، مستوى سائل ثابت، تركيب أفقي (بدون هلالة)<0.05 10×
مستوى متقلب، سخان عمودي، قم بتثبيت التحكم في المستوى لإزالة الغضروف المفصلي الثابت 0.10–0.20 3–5× غلاف الانكماش العمودي الموجود PTFE (طول 50 مم) عند الغضروف المفصلي<0.05 10× Any configuration Grade 7 neededAccept meniscus corrosion; annual heater replacement 0.30–0.70 NA
تغييرات متكررة في الحمام (أسبوعيًا) درجة 2 بجدار أكثر سمكًا (2.0 مم) 0.40-0.70 2-3 سنة
حماية الغضروف المفصلي وأكثر من الهندسة

طبقة تخصيب البلاديوم خاصة بالصف السابع وهي نتيجة للمعالجة الساخنة. لا يحتوي الصف 2 على مثل هذه الطبقة ولكنه يتآكل بشكل موحد في الغضروف المفصلي، ولكن بمعدل مماثل للصف 7 المستنزف. يحتوي الصف 12 (الموليبدينوم -} النيكل) على طبقة تخصيب من السبائك، ولكنه أقل عرضة لتركيبات الأمونيوم ويمكن استخدامه كبديل للتركيبات الرأسية. يوفر سمك الجدار بدلًا من التآكل، على سبيل المثال . 2.0 مم جدار مع 0.5 مم سنويًا، سيوفر تآكل الغضروف المفصلي خدمة لمدة 4 سنوات قبل التثقيب. يتأثر سلوك الغضروف المفصلي بالانتهاء من سطح الأنبوب. تعمل الأسطح المصقولة كهربائيًا (Ra <0.3 ميكرومتر) على تقليل مساحة تعقيد البلاديوم وتقليل النضوب بنسبة 30-50%. يتم مسح منطقة الغضروف المفصلي بشكل دوري يوميًا باستخدام الماء منزوع الأيونات، مما يزيل الأملاح المركزة ويقلل معدل التآكل بنسبة 70%.

صنع مواصفات مستنيرة

عند تحديد سخان التيتانيوم من الدرجة 7 لحمام طلاء كلوريد الأمونيوم الزنك عند 85 درجة، قم بتصميم التركيب للغمر الأفقي كلما أمكن ذلك. إذا كان التثبيت الرأسي أمرًا لا مفر منه، فحدد غلافًا متقلصًا من PTFE بطول 50 مم وسمك 1 مم عند مستوى السائل المتوقع لحماية التيتانيوم من بيئة الغضروف المفصلي المركز. رش السخانات العمودية بالماء مرة واحدة في الأسبوع لتخفيف منطقة الغضروف المفصلي. قم بفحص منطقة خط الماء باستخدام المنظار كل 3 أشهر أثناء التشغيل. إذا كان أي أخدود أعمق من 0.3 مم، قم بتدوير المدفأة 180 درجة للحصول على سطح جديد. بالنسبة للتركيبات الجديدة التي تتطلب توجيهًا رأسيًا، هناك خيار آخر وهو التيتانيوم من الدرجة 12، وهو أقل عرضة لمركبات الأمونيوم. عندما يعلم المهندس أن طبقة تخصيب البلاديوم تتآكل بشكل انتقائي في الغضروف المفصلي، يمكنه اتخاذ تدابير مضادة فعالة لتجنب الفشل المبكر لسخانات التيتانيوم من الدرجة 7 في خدمة طلاء كلوريد الأمونيوم الزنك.