สำหรับแท่งความร้อนไทเทเนียมในกรดฟอสฟอริก 50% ที่ 100 องศา การมีฟลูออไรด์ 500 ppm จะเปลี่ยนอุณหภูมิของรูพรุนที่สำคัญและเวลาในการเจาะผนัง 1.5 มม. ได้อย่างไร

ไทเทเนียมในกรดฟอสฟอริก 50% ที่ 100 องศา ค่อนข้างเฉื่อย โดยมีอัตราการกัดกร่อนน้อยกว่า 0.05 มม./ปี และอุณหภูมิวิกฤต (CPT) ประมาณ 85 องศา การเติมฟลูออไรด์ 500 ppm (เป็น HF หรือ NaF) จะช่วยลด CPT ลงอย่างมากเป็น 50 องศา ซึ่งหมายความว่าที่อุณหภูมิการทำงาน 100 องศา การเจาะแบบหลุมคงที่จะเริ่มขึ้นภายใน 100-300 ชั่วโมง ในสภาวะเหล่านี้ เวลาในการเจาะผนัง 1.5 มม. คือ 500-1500 ชม. เทียบกับ > 10,000 ชม. ในกรดปราศจากฟลูออไรด์ ไอออนของฟลูออไรด์จะทำปฏิกิริยากับไอออนของไทเทเนียมและยับยั้งการเกิดซ้ำ และด้วยเหตุนี้จึงเร่งการลุกลามของรูพรุน

กลไกของภาวะซึมเศร้า CPT ที่เกิดจากฟลูออไรด์

ฟิล์มพาสซีฟบนไทเทเนียมมีความเสถียรสูงถึง 85 องศาในกรดฟอสฟอริกบริสุทธิ์ ไทเทเนียมทำปฏิกิริยากับฟลูออไรด์ไอออนเพื่อสร้างสารเชิงซ้อนเฮกซาฟลูออโรไททาเนตที่ละลายได้: TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O กระบวนการนี้จะกำจัดฟิล์มแบบพาสซีฟออกในอัตราที่เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณตามอุณหภูมิ ที่ 100 องศา อัตราการเกิดซ้อนจะเพียงพอที่จะทำให้เกิดการแตกของฟิล์มเฉพาะที่บริเวณข้อบกพร่องที่พื้นผิว เมื่อหลุมเริ่มต้น ฟลูออไรด์ที่มีความเข้มข้นสูงภายในหลุมจะรักษาสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและหลุมจะแพร่กระจายอย่างรวดเร็ว

CPT และเวลาในการเจาะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของฟลูออไรด์: เชิงปริมาณ

50% H3PO4 at 100 °C with different amounts of fluoride has been developed for Grade 2 titanium by controlled testing. At 0 ppm F- the CPT is 85-90°C, no pitting is found at 100°C and the time to perforation of 1.5 mm is >10,000 ชม. ที่ 50 ppm F⁻ CPT จะลดลงเหลือ 75-80 องศา การเจาะจะเริ่มขึ้นหลังจาก 1,000-2,000 ชั่วโมง และเกิดการเจาะหลังจาก 5,000-8,000 ชั่วโมง CPT อยู่ที่ 65-70 องศา ที่ 100 ppm F- การเจาะเริ่มต้นใน 500-1,000 ชั่วโมง การเจาะใน 2,000-4,000 ชั่วโมง CPT ที่ 250 ppm F- อยู่ที่ 55-60 องศา และเกิดรูพรุนใน 200-500 ชั่วโมง และเกิดการเจาะใน 1,000-2,000 ชั่วโมง ที่ 500 ppm F- CPT อยู่ที่ 45-50C การเริ่มต้นแบบหลุมคือ 100-300 ชั่วโมง และการเจาะคือ 500-1500 ชั่วโมง

คู่มือความทนทานต่อฟลูออไรด์ของเครื่องทำความร้อนด้วยกรดฟอสฟอริก

ตารางด้านล่างแสดงความเข้มข้นของฟลูออไรด์สูงสุดที่อนุญาตสำหรับเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 2 และเกรด 7 ใน H3PO4 50% ที่ 100 องศาตามอายุการใช้งานที่ต้องการ

Required Service Life (years) Max F⁻ for Grade 2 (ppm) Max F⁻ for Grade 7 (ppm)Average time of perforation (1.5 mm wall)Recommended Action >5 < 50 < 200 > 5 ปี3-5 50-100 200-300 2-5 ปี การตรวจสอบรายไตรมาส 1-3 100-250 300-400 1-3 ปีใช้เกรด 7<1 250-500 400-600 6-12 monthsReduced temperature
ไม่ยอมรับ 500 600 < 6 เดือนทิ้งฟลูออไรด์
วิศวกรรมที่เหนือกว่าการควบคุมฟลูออไรด์

ไทเทเนียมเกรด 7 (แพลเลเดียมเสถียร) มี CPT สูงกว่าเกรด 2 15-20 องศาที่ความเข้มข้นของฟลูออไรด์ใดๆ ก็ตาม ช่วยให้ทำงานได้อย่างปลอดภัยที่ 100 องศา โดยมีสูงถึง 200 ppm F⁻ ความหนาของผนังให้ค่าเผื่อการเจาะ . 2.5 มม. ผนังที่มี 500 ppm F ให้เวลาในการเจาะ 800 ถึง 2,500 ชั่วโมง . 1.5 มม. ให้ 500 ถึง 1,500 ชั่วโมง การเติมอะลูมิเนียมไอออน (100-200 ppm) จะทำให้ฟลูออไรด์ปราศจากสารเชิงซ้อน และทำให้มีฤทธิ์รุนแรงน้อยลง 50-70% ฟลูออไรด์ที่อนุญาตจะเพิ่มขึ้น 3-5 เท่าเมื่ออุณหภูมิลดลงจาก 100C เป็น 80C

การสร้างข้อกำหนดเฉพาะ

ไทเทเนียมเกรด 7 สำหรับใช้ในกรดฟอสฟอริก 50% ที่ 100 องศา พร้อมด้วยฟลูออไรด์ 500 ppm อายุการใช้งานคาดว่าจะอยู่ระหว่าง 500 ถึง 1,500 ชั่วโมง (0.5-2 ปี) ผนังหนา 1.5 มม. เพื่อยืดอายุการใช้งาน ให้ตกตะกอนฟลูออไรด์ด้วยอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ หรือลดอุณหภูมิลงเหลือ 80 องศา หรือเพิ่มความหนาของผนังเป็น 3.0 มม. ในระหว่างการทำงาน ให้ตรวจสอบเครื่องทำความร้อนเพื่อหารูพรุนทุกเดือนโดยใช้การทำแผนที่ความหนาแบบอัลตราโซนิก สำหรับเกรด 7 วิศวกรป้องกันไม่ให้กรดฟอสฟอริกร้อนเกิดเป็นรูอย่างรวดเร็ว โดยควบคุมความเข้มข้นของฟลูออไรด์ให้น้อยกว่า 200 ppm