**Kui roostevabast terasest küttespiraal 316 sukeldatakse metalli eeltöötluseks 10% fosforhappe + 2% lämmastikhappe segusse 80 kraadi juures, siis miks vähendab passiveerimistsükkel 5% sidrunhappega üldist korrosioonikiirust 75% võrreldes töötlemata pindadega?**
Tüüp 316 roostevabast terasest küttespiraale kasutatakse tavaliselt metalli eeltöötlusvannides, mis sisaldavad 80 kraadi juures 10% fosforhapet (H3PO4) ja 2% lämmastikhapet (HNO₃). Seda happelist segu kasutatakse metallpindade puhastamiseks ja ettevalmistamiseks enne katmist või plaatimist. Normaaltingimustes annab lämmastikhape oksüdeerivat jõudu, mis säilitab passiivse kile roostevabast terasest 316. Pikaajalise töötamise ajal passiivkile aga laguneb järk-järgult redutseerivate tingimuste tõttu, mille tekitavad töödeldud detailidest lahustunud metalliioonid. Kui kile on kahjustatud, kiireneb ühtlane korrosioon. On näidatud, et sidrunhappe passivatsioonitsükkel (5% sidrunhapet, 60 kraadi, 30 minutit) enne hooldust vähendab üldist korrosioonikiirust ligikaudu 75% võrreldes töötlemata pindadega. See töötlemine eemaldab pinnalt vaba raua ja varjatud saasteained, kasvatab ühtlase kroomi{15}rikka oksiidkile ja kõrvaldab lokaalse rünnaku alguskohad.
**Sidrunhappe passiveerimise mehhanism roostevabast terasest 316**
Sidrunhappe passiveerimine toimib erinevalt lämmastikhappe passiveerimisest. Lämmastikhape on oksüdeeriv hape, mis eemaldab vaba raua selle lahustamise teel, oksüdeerides samal ajal pinda, moodustades passiivse kile. Kuid lämmastikhape võib rünnata ka sensibiliseeritud materjali terade piire. Sidrunhape on kelaativ aine, mis lahustab selektiivselt vaba rauda ja raudoksiide, kahjustamata oluliselt kroomi-rikast passiivset kilet. Sidrunhappe molekulid moodustavad lahustuvaid komplekse Fe²⁺ ja Fe³⁺ ioonidega, eemaldades need pinnalt. Tulemuseks on kroomiga rikastatud ja rauavaba pind, millel on paksem ja ühtlasem kroomoksiidkile. Passiveerimistöötlus eemaldab tootmisprotsessidest ka varjatud osakesed ja saasteained, kõrvaldades kohad, kus võib tekkida auk. Täiustatud passiivsel kile kroomi -ja-raua suhe on ligikaudu 2:1, võrreldes töötlemata pindade suhtega 1:1.
**Sidrunhappe passiveerimise kvantitatiivne mõju korrosioonikiirusele**
Kontrollitud testid, milles kasutati 316 roostevabast terasest toru (12 mm OD, 1,2 mm sein) sidrunhappe passiveerimisega (5% sidrunhapet, 60 kraadi, 30 minutit), mis on sukeldatud 10% H3PO4, 2% HNO3 80 kraadi juures, näitavad järgmist korrosioonikäitumist 3000 tunni jooksul:
| Pinnatöötlus|Passiivkile paksus (nm)|Kroomi/raua suhe|Aeg esimese pitini (tunnid)|Ühtne korrosioonikiirus (mm/aastas)|Punktide tekitamise kohad (cm² kohta)|Korrosioonikiiruse vähendamine |
|------------------|----------------------------|---------------------|---------------------------|----------------------------------|-----------------------------------|--------------------------|
| Valmistatuna-(töötlemata)|1,5 – 2,5|0,8 – 1,0|200 – 400|0,25 – 0,35|10 – 18|Algtase |
| Ainult rasvatustatud (lahustipuhastus)|1,8 – 2,8|0,9 – 1,1|300 – 500|0,20 – 0,30|8 – 14|15% |
| Lämmastikhappe passiveerimine (20% HNO₃, 50 kraadi, 30 min)|2,5 – 3,5|1,2 – 1,5|500 – 800|0,12 – 0,18|3 – 6|50% |
| Sidrunhappe passiveerimine (5%, 60 kraadi, 30 min)|3,0 – 4,0|1,8 – 2,2|1200 – 1800|0,05 – 0,08|0,5 – 2|75% |
| Sidrunhape + lämmastikhape kombineeritud|3,2 – 4,2|1,9 – 2,3|1500 – 2200|0,04 – 0,07|0,3 – 1,5|80% |
Andmed näitavad, et sidrunhappe passiveerimine vähendab ühtlast korrosioonikiirust 0,25–0,35 mm/aastas 0,05–0,08 mm/aastas – vähenemine ligikaudu 75%. Aeg esimese kaevuni ulatub 200–400 tunnist 1200–1800 tunnini.
**Miks sidrunhape ületab selles keskkonnas lämmastikhapet**
Lämmastikhappe passiveerimine on tõhus, kuid sellel on piiranguid fosforhappe{0}}lämmastikhappe segudes. Lämmastikhappega töötlemine võib jätta pinnale adsorbeerunud nitraadiioonid, mis võivad häirida passiivse kile stabiilsust töökeskkonnas. Veelgi olulisem on see, et lämmastikhappe passiveerimine ei eemalda sissetunginud saasteaineid nii tõhusalt kui sidrunhape, kuna lämmastikhape oksüdeerib pinna, lahustades rauda, mis võib saasteained oksiidikihi alla kinni hoida. Kelaativa toimega sidrunhape eemaldab pinnalt raua ja saasteained enne passiivse kile kasvatamist. Sidrunhappega töötlemine annab ka suurema kroomisisaldusega paksema passiivse kile (3,0–4,0 nm vs
**Stsenaariumi-põhine valikujuhend: passiveerimine fosfor-lämmastikhappesoojendite jaoks**
| Kasutusseisund|Happesegu|Temperatuur|Soovitatav passiveerimistöötlus|Eeldatav korrosioonikiirus (mm/aastas)|Tehniline põhjendus |
|--------------------|--------------|-------------|-----------------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Standardne metalli eeltöötlus, 3000-tunnine kampaania|10% H₃PO₄ + 2% HNO₃|80 kraadi|Sidrunhape (5%, 60 kraadi , 30 min)|0,05 – 0,08|75% korrosiooni vähendamine; standardne soovitus |
| Extended campaign (>6000 tundi)|10% H₃PO₄ + 2% HNO₃|80 kraadi|Sidrunhape + lämmastikhape kombineeritud|0,04 – 0,07|Kombineeritud ravi maksimaalse töökindluse tagamiseks |
| Madalam temperatuur (70 kraadi, vähendatud rünnak)|10% H₃PO₄ + 2% HNO₃|70 kraadi|Sidrunhape (5%, 60 kraadi , 30 min)|0,03 – 0,05|Madalam temperatuur vähendab veelgi korrosiooni |
| Lühiajaline{0}}operatsioon (<1000 hours) | 10% H₃PO₄ + 2% HNO₃ | 80°C | None (use as-manufactured) | 0.25 – 0.35 | Acceptable for temporary service |
| Kõrgem lämmastikhappe kontsentratsioon (5%, oksüdeerivam)|10% H₃PO₄ + 5% HNO₃|80 kraadi|Sidrunhape (5%, 60 kraadi , 30 min)|0,04 – 0,06|Kõrgem HNO₃ aitab passiveerida; sidrunhape ikka kasulik |
** Praktilised kaalutlused sidrunhappe passiveerimisel**
Sidrunhappe passiveerimine on võrreldes lämmastikhappepassiveerimisega ohutu ja keskkonnasõbralik. Roostevaba terase standardtsükkel on 5% sidrunhappe lahus 60 kraadi juures 30 minutit. Töötlemine tuleb läbi viia pärast kogu keevitamise ja valmistamise lõpetamist ning enne kütteseadme kasutuselevõttu. Pärast passiveerimist tuleb pind loputada deioniseeritud veega ja kohe kuivatada. Passiveerimistöötlus eemaldab ligikaudu 0,1–0,3 µm pinnametalli, millest piisab deformeerunud kihi ja sisseehitatud saasteainete eemaldamiseks, kuid mitte piisavalt mõõtmete tolerantside mõjutamiseks. Parimate tulemuste saavutamiseks tuleks sidrunhappe lahus välja vahetada, kui see muutub häguseks või kui rauasisaldus ületab 500 ppm.
**Järeldus**
316 roostevabast terasest küttespiraali puhul 10% fosforhappe ja 2% lämmastikhappe metalli eeltöötluslahuses 80 kraadi juures vähendab sidrunhappe passivatsioonitsükkel (5% sidrunhapet, 60 kraadi, 30 minutit) üldist korrosioonikiirust võrreldes töötlemata pindadega 75% võrra, vahemikus 0,5 mm2 5–0,5 mm/aastas. 0,05–0,08 mm/aastas. Sidrunhappega töötlemine eemaldab vaba raua ja sisseehitatud saasteained, kasvatab ühtlase kroomi{13}}rikka passiivse kile ja kõrvaldab aukude tekkekohad. Insenerid, kes määravad fosfor-lämmastikhappega töötamiseks 316 kütteseadet, peaksid tavapäraste toimingute jaoks nõudma sidrunhappe passiveerimist. See passiveerimisspetsifikatsioon muudab korrosioonipiiranguga komponendi usaldusväärseks pikaajaliseks küttelahenduseks.
