Agressiivne söövituskeskkond
Raudkloriidi söövitusaine töötab temperatuuril 40-55 kraadi kontsentratsiooniga 35-45% FeCl3. Lahendus on metallide suhtes agressiivne fundamentaalsel elektrokeemilisel põhjusel: raua ioon on võimas oksüdeerija, millel on kõrge redutseerimispotentsiaal. See võtab enamiku metallide elektrone hõlpsalt vastu, oksüdeerides need lahuseks, samal ajal kui raua ioon redutseerub raudmetalliks.
See kõrge redokspotentsiaal muudab raudkloriidi suurepäraseks söövitavaks vase, roostevaba terase ja niklisulamite jaoks trükkplaatide ja metallide viimistlustöödel. Samuti muudab see metallist soojusvaheti materjale tugevalt söövitavaks. Sama elektroni-ülekandereaktsioon, mis söövitab toorikuid, ründab soojusvaheti pinda.
Hastelloy C-276 peetakse laialdaselt üheks kõige korrosioonikindlamaks saadaolevaks niklisulamiks. Selle kõrge nikli, kroomi ja molübdeeni sisaldus tagab vastupidavuse oksüdeerivatele ja redutseerivatele hapetele. Raudkloriidis on aga isegi Hastelloy C-276-l mõõdetavad korrosioonipiirangud, mis mõjutavad soojusvaheti kasutusiga.
Hastelloy C-276 korrosioonimehhanism raudkloriidis
Hastelloy C-276 talub raudkloriidi läbi kroomi- ja molübdeenoksiidirikka passiivse kile. Kõrge molübdeenisisaldus, ligikaudu 15–17%, on spetsiaalselt lisatud kloriidikeskkonnas täppide ja pragude korrosiooni vältimiseks. See legeerimisstrateegia töötab hästi merevee ja neutraalse kloriidi lahustes.
Kuum happeline raudkloriid on erinev keskkond. Kõrge kloriidi kontsentratsiooni, raudioonide hüdrolüüsist tuleneva madala pH ja tugeva oksüdeeriva potentsiaali kombinatsioon pingestab passiivset kilet pidevalt. Passiivkile lahustub ja reformeerub dünaamiliselt. Mikroskoopiliste pinnadefektide, lisandite ja terade piiride korral võib lahustumiskiirus ületada taaspassivatsioonikiirust. Algab auk.
Kui süvend on tekkinud, muutub sisemine keemia agressiivsemaks. Raua ioonide kontsentraat. pH langeb veelgi. Ümbritsev passiivne pind toimib katoodina, kiirendades anoodilist lahustumist süvendis. Süvend kasvab autokatalüütiliselt, samal ajal kui ülejäänud pind jääb mõjutamata.
Tabel 1: korrosioonikiiruse võrdlus 40% FeCl3-s temperatuuril 50 kraadi
| Korrosiooni parameeter | Hastelloy C-276 | PTFE |
|---|---|---|
| Ühtlane korrosioonikiirus (mm/aastas) | 0.05-0.15 | 0 |
| Punkkorrosioon | Jah; ettearvamatu initsiatsioon | Mitte ühtegi |
| Lõhekorrosioon lademete all | Mõõdukas risk | Mitte ühtegi |
| Kriitiline punktide tekke temperatuur FeCl₃-s | 40-45 kraadi (sõltub kontsentratsioonist) | N/A (pole aukude tekitamise mehhanismi) |
| Eeldatav kasutusiga (1,5 mm sein) | 2-4 aastat (piiratud punktide arvuga) | 15+ aastat |
| Nõutav korrosioonivaru | 1,0-2,0 mm | 0 mm |
| Ebaõnnestumise prognoositavus | Madal (äkilised nõelalekked) | N/A (korrosioonitõrge puudub) |
| Söövitusaine metalliioonidega saastumine | Ni, Cr, Mo ioonid leostuvad pidevalt | Mitte ühtegi |
PTFE: täielik immuunsus
PTFE korrosioonikiirus raudkloriidis on null. See ei ole madalate mõõdetud määrade ekstrapolatsioon. See on termodünaamiline reaalsus. PTFE-s sisalduvate süsinik-fluori sidemete sidemete dissotsiatsioonienergia on üle 480 kJ/mol. Raud(III)kloriidi redutseerimispotentsiaal on ligikaudu 0,77 V. Raud(III)ioonide redutseerimisel saadavast energiast ei piisa süsinik-fluori sidemete katkestamiseks.
Raud(III)iooni oksüdeeriv jõud, mis muudab selle metallide suhtes nii agressiivseks, on PTFE jaoks keemiliselt ebaoluline. Fluoropolümeer on keemilises mõttes juba täielikult oksüdeerunud-süsinikuaatomid on seotud kõige elektronegatiivsema elemendiga. Kõrgemat oksüdatsiooniastet pole võimalik saavutada.
Punktide ja pragude korrosioonimehhanismid ei kehti PTFE puhul, kuna materjalil pole passiivset kilet, terade piire ega mikrostruktuurilisi defekte, mis toimiksid initsiatsioonikohtadena. Pinna kriimustus ei muutu korrosioonikohaks-see jääb lihtsalt kriimuks, mis on ümbritseva pinnaga keemiliselt identne.
Praktilised tagajärjed söövitusvanni toimingutele
Korrosioonikiiruse erinevusel on kolm praktilist tagajärge PCB-de ja metallide viimistlustööde jaoks.
Esiteks vajavad Hastelloy C-276 soojusvahetid konservatiivsete kasutusea hinnangute alusel plaanilist väljavahetamist. Operaatorid peavad tasakaalustama enneaegse rikke riski ja seadmete väljavahetamise kuludega, millel võib veel olla allesjäänud kasutusiga. See riskijuhtimine on PTFE-ga välistatud.
Teiseks vabastab Hastelloy korrosioon söövitusainesse nikli, kroomi ja molübdeeni ioone. Need metalliioonid kogunevad vannis ja võivad mõjutada söövituskiiruse ühtlust. Vann vajab sagedasemat analüüsi ja võib vajada enneaegset väljavahetamist metalli saastumise, mitte söövitusaine ammendumise tõttu. PTFE ei vabasta metalliioone.
Kolmandaks võib Hastelloy ettearvamatu süvendite rikke režiim põhjustada äkilist vanni saastumist või auru lekkimist minimaalse hoiatusega. PTFE-torud lagunevad prognoositavate mehaaniliste mehhanismide -libisemise, väsimise- tõttu, mida saab äkilise ilmumise asemel jälgida plaanilise kontrolli kaudu.
Kokkuvõte
PTFE ja Hastelloy C-276 korrosioonikiiruse erinevus kuumas raudkloriidsöövitusaines on absoluutne: PTFE-l puudub korrosioon, samal ajal kui Hastelloy korrodeerub kiirusega 0,05–0,15 mm aastas ja on vastuvõtlik ettearvamatute punktide tekkele. Elektrokeemiline oksüdatsioonimehhanism, mis muudab raudkloriidi tõhusaks söövitavaks aineks, ei ole keemiliselt võimeline rünnama süsinik-fluori sidemeid.
Selles teenuses kasutatavad Hastelloy soojusvahetid nõuavad korrosioonikaitset, plaanilist väljavahetamist ja täppide tekkeriski aktsepteerimist. PTFE soojusvahetid ei vaja ühtegi neist meetmetest. PTFE kasutusiga on piiratud mehaaniliste teguritega, mitte keemilise lagunemisega.
Tehniline analüüs PTFE vs. Hastelloy C-276 soojusvaheti valiku jaoks konkreetsetes söövitusainetes on saadaval FeCl₃ kontsentratsiooni, töötemperatuuri, vanni mahu, soojusvajaduse ja seadmete praeguse hooldusajaloo esitamisel.
