ما هو الحد الأقصى للضغط الجزئي الآمن للأكسجين (atm) في بطانية النيتروجين فوق سخان غاطس من التيتانيوم يعمل عند درجة حرارة 300 درجة في حمام ملح سهل الانصهار لتجنب تسارع نمو حالة ألفا-؟
ترك رسالة
تتم حماية سخانات الغمر المصنوعة من التيتانيوم من الأكسدة بواسطة بطانية نيتروجين في حمام ملح سهل الانصهار عند 300 درجة. ومع ذلك، إذا كان الأكسجين متاحًا في بطانية النيتروجين، فقد يتخلل الأكسجين إلى سطح التيتانيوم ويشكل طبقة علبة ألفا{2}} غنية بالأكسجين. هذه الطبقة الهشة تقلل من عمر التعب والليونة. معدل نمو حالة ألفا- هو شكل مكافئ، حيث يتناسب العمق مع الجذر التربيعي للزمن مضروبًا في الضغط الجزئي للأكسجين. هذا هو أعلى ضغط جزئي للأكسجين يمكن استخدامه بأمان لتجنب تسارع نمو حالة ألفا-(على سبيل المثال، أقل من 10 متر من حالة ألفا-بعد 10000 ساعة من التشغيل). وفوق هذا المستوى، يزداد معدل نمو حالة{{15}ألفا بسرعة مما يؤدي إلى التقصف والفشل المبكر.
آلية تكوين حالة ألفا-بواسطة الأكسجين عند درجة 300
عند 300 درجة، ينتشر الأكسجين خلاليًا في شبكة التيتانيوم مما يعمل على تثبيت مرحلة ألفا. تكون طبقة غلاف ألفا- أكثر صلابة، وعادة ما تكون 300-500 فولت مقارنة بـ 180-220 فولت للمعادن الأساسية وهي في الأساس غير قابلة للسحب. يتم الحصول على نمو حالة ألفا- من خلال المعادلة d^2=k_p * t، حيث d هو عمق حالة ألفا-، وk_p هو ثابت معدل القطع المكافئ وt هي المدة. يتناسب المعدل الثابت kp مع الضغط الجزئي للأكسجين بقوة 0.5. عند ضغوط جزئية للأكسجين أقل من قيمة حرجة، يكون معدل نمو علبة ألفا-مهملا بالنسبة لعمر الخدمة العملي. وفوق هذا المستوى، يكون معدل النمو مرتفعًا ويمكن أن يؤدي إلى هشاشة أنبوب التسخين ذي الجدران الرقيقة خلال أشهر.
ألفا الكمي-نمو الحالة مقابل الضغط الجزئي للأكسجين عند 300 درجة
أثبتت الاختبارات الخاضعة للرقابة باستخدام مجموعات النيتروجين-الأكسجين عند 300 درجة لمدة 10000 ساعة عمق نمو حالة ألفا-لـ Ti-الصف 2. عند ضغط جزئي للأكسجين يبلغ 0.0001 ضغط جوي (0.01% أكسجين)، يكون عمق حالة ألفا-من 2 إلى 5 ميكرومتر فقط وبالتالي فهو غير مهم ولا يؤثر على الصفات الميكانيكية. العمق هو 5-10 ميكرومتر عند 0.0005 ضغط جوي (0.05% أكسجين)، وهو مقبول لمعظم التطبيقات ذات هامش الأمان. عند العتبة الحرجة البالغة 0.001 ضغط جوي (0.1% أكسجين)، يبلغ عمق علبة ألفا -8-15 {ميكرو} متر بعد 10000 ساعة، وهو الحد الأقصى المسموح به. عند 0.002 ضغط جوي (0.2% أكسجين) يزداد العمق إلى 15-25 ميكرومتر ويلاحظ فقدان قابل للقياس للليونة. عند 0.005 atm (0.5% أكسجين) يكون العمق 25-40 ميكرومتر ويلاحظ تقصف كبير . 35-60 ميكرومتر عمق حالة ألفا عند 0.01 atm (1% أكسجين) مع تشقق عند التدوير الحراري. عند 0.1 ضغط جوي (10% أكسجين، نموذجي للهواء) يكون العمق أكثر من 100 ميكرومتر بعد 10000 ساعة من التقصف الشديد.
تأثيرات درجة الحرارة ووقت التعرض على تحمل الأكسجين
ينخفض الضغط الجزئي الآمن للأكسجين بشكل حاد مع درجة الحرارة . 8-15 ميكرومتر ألفا-عمق الحالة بعد 10000 ساعة عند 300 درجة و0.001 atm O2. عند 350 درجة ونفس ضغط O2 البالغ 0.001 ضغط جوي، يزداد العمق إلى 20-35 ميكرومتر، وهو أعلى من الحد المسموح به. عند 300 درجة مئوية و0.002 ضغط جوي O 2، يبلغ العمق 15-25 أم، وهو ما يتجاوز الحد مرة أخرى. يكون تحمل الأكسجين أعلى في درجات الحرارة المنخفضة، مع عمق 10000 ساعة يبلغ 5-10 ميكرومتر فقط عند 250 درجة و0.005 ضغط جوي O2. قد تكون مستويات الأكسجين المرتفعة مقبولة لأوقات التعرض التي تقل عن 10000 ساعة. يصل الحد الأقصى للضغط الجزئي الآمن للأكسجين أثناء التعرض لمدة 1000 ساعة عند 300 درجة إلى 0.005 ضغط جوي (0.5٪ أكسجين) مع عمق حالة ألفا يبلغ 5-10 ميكرومتر.
بطانيات النيتروجين دليل التحكم في الضغط الجزئي للأكسجين
يقدم الجدول التالي توصيات بشأن الحد الأقصى للضغوط الجزئية المسموح بها للأكسجين في بطانيات النيتروجين فوق سخانات الغمر بالتيتانيوم في حمامات الملح سهلة الانصهار عند 300 درجة كدالة لعمر الخدمة المطلوب وعمق علبة ألفا - المسموح به.
عمر الخدمة المرغوب (ساعات) الحد الأقصى المسموح به ألفا-عمق العلبة (ميكرومتر) الحد الأقصى للضغط الجزئي الآمن للأكسجين (atm) تركيز الأكسجين المكافئ (%)نقاء النيتروجين الموصى به 5،000 10 0.002 0.2% 99.8% 10،000 10 0.001 0.1% 99.9% 20،000 15 0.0005 0.05% 99.95% 50,000 20 0.0002 0.02% 99.98% 100,000 25 0.0001 0.01% 99.99%
هندسة ما بعد الضغط الجزئي للتحكم في الأكسجين
تؤثر درجة التيتانيوم على حركية إنتاج علبة ألفا-. يتصرف الصف 7 بطريقة مشابهة للصف 2 في حالة ألفا- لنفس الضغط الجزئي للأكسجين لأن البلاديوم لا يغير بشكل كبير انتشار الأكسجين. سمك الجدار يوفر بدل مادي. على سبيل المثال، جدار 2.0 مم مع علبة ألفا-عمق يبلغ 20 ميكرومتر يحتوي على 1.98 مم من اللب المرن وهو أمر مقبول، ولكن جدار 1.0 مم مع نفس علبة ألفا-يحتوي على 0.98 مم فقط من اللب المرن الذي قد يكون هامشيًا. يجب الحفاظ على مراقبة مستمرة لبطانية النيتروجين باستخدام محلل الأكسجين الذي تم ضبطه للإنذار عند 0.05% أكسجين (0.0005 أجهزة الصراف الآلي) لتوفير هامش أمان أقل من حد 0.1%. يمكن أن تؤثر كيمياء حمام الملح أيضًا على نمو حالة ألفا-؛ تزيد شوائب الكلوريد الموجودة في الملح من معدل نقل الأكسجين.
المواصفات المستنيرة.
بالنسبة لسخان غاطس من التيتانيوم عند 300 درجة مئوية في حمام ملح سهل الانصهار مع بطانية نيتروجين، حدد الحد الأقصى للضغط الجزئي للأكسجين بمقدار 0.001 ضغط جوي (0.1 بالمائة أكسجين) لمدة 10000 ساعة. يجب أن تكون مراقبة الأكسجين في بطانية النيتروجين مستمرة مع إنذار عند 0.05% أكسجين وقفل داخلي لقطع السخان إذا كان الأكسجين أكبر من 0.2%. حدد الحد الأدنى من النقاء بنسبة 99.9% من النيتروجين، ونقطة الندى أقل من -60 درجة لضمان الجفاف. حدد 99.95% نيتروجين (0.05%O₂) لعمر خدمة أطول يزيد عن 20000 ساعة أو قم بتثبيت نظام الحصول على الأكسجين. أثناء التشغيل، من المهم التحقق من مستوى الأكسجين على سطح المدفأة، وليس فقط عند مدخل إمداد الغاز، حيث يمكن للهواء الدخول عبر موانع التسرب. لمنع النمو المتسارع لحالة ألفا وتقصف سخانات التيتانيوم في خدمة حمام الملح ذو درجة الحرارة العالية، يتحكم المهندس في الضغط الجزئي للأكسجين إلى أقل من 0.001 ضغط جوي.
