Hogyan működik egy titán fűtőtest felületén egyetlen mély karcolás (0,1 mm) a bromid közegben lévő gócképződés preferált helyeként?

Egy technológiai mérnök, aki a titán merülőfűtőtest felületi sérülését vizsgálja a telepítés előtt, úgy dönthet, hogy egyetlen mély, 0,1 mm-es karcolásnak nincs jelentősége 1,5 mm-es falvastagsághoz képest. Egy ilyen karc azonban kedvező hely a gócképződéshez bromidot tartalmazó közegben (pl. kálium-bromid oldatok, bromid-kiegészítő folyadékok vagy brómozott tűzkésleltető vegyszerek). A karcolás egy zárt zónát hoz létre a hidegen megmunkált fémből, a maradék húzófeszültségből és a törött passzív filmből. A bromidionok (Br−) nagyobbak és jobban polarizálhatók, mint a kloridionok, erősen tapadnak a titán felületekhez, és a hiba helyén áttörhetik a passzív filmréteget. Amint egy gödör a karcolásnál kezdődik, gyors behatolás következik be, mivel a gödör alján (anód) a környező passzív felülethez (katód) képest nagy az áramsűrűség. A 0,1 mm-es karcolás 5-20-szorosára csökkenti a lyukasztáshoz szükséges időt a bromidoldatokban magas hőmérsékleten lévő karcolatlan felülethez képest.

A bromidoldatokban karcolásos lyukképződés mechanizmusa
A titánon lévő passzív TiO₂ film vastagsága általában 2–7 nm. Ezt a passzív filmet egy 0,1 mm mély karcolás teljesen eltünteti és az alatta lévő fém deformálódik. A karcos területnek három olyan jellemzője van, amelyek kedveznek a gödrösödésnek. Először is, a kitett titán a karcolás alján elektrokémiailag aktív (potenciál ~ -0,6 V vs SCE) a környező passzív filmhez képest (potenciál ~ +0.1 V vs SCE), galvánelemet generálva. Másodszor, a hidegen megmunkált fémnek nagyobb a diszlokációs sűrűsége és nagyobb a szemcsehatár térfogata, ami azt jelenti, hogy több hely van a bromid adszorpciójára. Harmadszor, a karcolási forma helyi repedést biztosít, amelyben a bromidionok koncentrálódhatnak.

A bromidionok agresszívebb lyukképző anyagok, mint a titán kloridjai, mivel nagyobb ionsugaruk (1,96 Å Br⁻, vs A titán kritikus pontképző potenciálja (Eb) bromid oldatokban 0,2–0,5 V-tal alacsonyabb, mint az azonos koncentrációjú és hőmérsékletű kloridos oldatokban.

A karcolási mélység hatásának számszerűsítése a pitting iniciációs idejére
Karcolás mélysége (mm) Karcszélesség (mm) Gödör keletkezésének ideje (óra) 1 M KBr-ban 80 fokban Perforáció ideje (óra) (1,5 mm-es fal) Csökkentési tényező a karcolás nélkülihez képest
Nincs (polírozott felület) - 500–1,000 2,000–4,000 1.0× (alapvonal)
0,02 (világos jel) 0.1 200-400 1,000-2,000 2x 0,05 (látható karc) 0.2 80-150 500-800 4x 0,10 (mély karc) 0.3 30-60 200-400 8x 0,15 (vékony) 0.5 10-20 80-150 20x 0,20 (passzív rétegen keresztül fémbe) 0.1 200-400 1
A 0,1 mm mély karcolás 500–1000 óráról 30–60 órára -10–15-szörösre csökkenti-, és 2000–4000 óráról 200–400 órára 200–400 órára csökkenti a perforációig eltelt időt 1 M KBr mellett.

Egy forgatókönyv{0}}alapú útmutató a bromid média karcolástűréséhez
Bromide szervizkörülmények Karcolási mélységtűrés Mi a teendő, ha karcolást talál. Várható élettartam karcolás nélkül vs.
híg bromid (<0.1 M KBr) 40°C < 0.1 mmMonitor, no action needed 50% cut (OK still)
Bromid, hígítás: 60 fok < 0,05 mm Polírozza ki a karcolást, ha > 0,05 mm 70%-os csökkenés
Tömény bromid (1 M KBr), 50 fok 0,03 mm Szerviz kivonás. Újrafogalmazza vagy javítsa.80%-os csökkentés.
Tömény bromid (KBr 1 M), 80 fok Nincs (bármilyen karcolás felgyorsítja a lyukképződést) A fűtőelem elvetése. Cserélje ki egy karcolásmentes-egységgel. 90%-os csökkenés (heteken belül meghibásodik)
Klorid + bromid kombináció (legrosszabb forgatókönyv) Nincs Kötelező Karcmentes. Elektropolírozott felületre van szükség.95 százalékos vágás
Bromid tárolás szobahőmérsékleten < 0,2 mm Kisebb karcolások rendben 30% csökkenés (sok éves élettartam)
Mérnöki megoldások karcos titán fűtőtestekhez a Bromide Service-ben
Azokban az esetekben, amikor a költségek vagy a rendelkezésre állás miatt karcos titán fűtőelem szükséges a bromid közegben való használathoz, számos enyhítő eszköz áll rendelkezésre a lyukképződés valószínűségének csökkentésére. A legjobb enyhítés a helyi polírozás a karcolás eltávolítására. A karcolást finom csiszolópapírral (600–1200 szemcseszemcse) csiszolják le, amely megszünteti a hidegen{4}}megmunkált réteget, és helyreállítja a passzív felületet. Polírozás után a területet 20%-os salétromsavba 50 fokon 30 percre 20%-os salétromsavba való merítéssel kell újra-passziválni. A második enyhítés a katódos védelem (CP). A titán fűtőelem felületi potenciálja (áldozatos cink anóddal vagy külső áramforrással) a pitting potenciál alá tolható -0,8 V SCE-vel szemben, ami megakadályozza a bromid általi lebontást még a karcolás helyén is. A harmadik enyhítés egy oxidálószer (pl. . 100 ppm Fe3+ vagy 50 ppm hidrogén-peroxid) hozzáadása a bromidoldathoz, amely a nyitott áramköri potenciált a passzív régióba tolja, és megkönnyíti a karcolások újrapassziválását.

Következtetés: A 0,1 mm-es karcolás 8-10-szeresére csökkenti a pitting élettartamát bromid közegben.
Egy 0,1 mm-es mély karcolás a titán fűtőtest felületén előnyös helyként szolgál a bromidot tartalmazó közegben a gócképződéshez, mivel a karcolás eltávolítja a passzív filmet, galvanikus cellát hoz létre a környező passzív felülettel, és rést biztosít a bromidion-koncentrációhoz. Magasabb hőmérsékleten tömény bromidoldatokban (1 M KBr, 80 fok) egy 0,1 mm-es karcolás 2000 -4000 óráról 200-400 óráról 200-400 órára csökkenti a perforáció időtartamát, ami 8-10-szeres. Fontos bromidfelhasználás esetén minden 0,05 mm-nél mélyebb karcolást el kell utasítani a fűtőberendezésen, vagy újra kell polírozni. A várt lyukképződés-ellenállás elérése érdekében minden bromidot tartalmazó alkalmazásnál titán fűtőtestet kell rendelni elektropolírozott felülettel (amely eltávolítja a sekély karcolásokat) és kezelési utasításokat, hogy elkerülje a beépítés közbeni karcolódást.