อ่างกัดกรดทางเคมีสำหรับไทเทเนียมและสแตนเลสมักมีส่วนผสมของกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) และกรดไนตริก (HNO₃) HF ให้การละลายที่รุนแรงของโลหะฐาน ในขณะที่ HNO₃ ทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์เพื่อควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาและปรับปรุงผิวสำเร็จ สูตรทั่วไปคือ 10% HF + 20% HNO₃ ในน้ำ ทำงานที่ 25–40 องศา ไทเทเนียมเกรด 2 แม้จะมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยมในหลายสภาพแวดล้อม แต่ก็ละลายอย่างรวดเร็วในสารละลายตลับลูกปืน HF- ฟลูออไรด์ไอออนเชิงซ้อนกับไอออนไทเทเนียมและป้องกันการเกิดฟิล์มแบบพาสซีฟ ในอ่างกัดกรดทั่วไป ไททาเนียมเกรด 2 สูญเสียความหนาของผนัง 0.5–1.0 มม. ต่อชั่วโมง ส่งผลให้ท่อมาตรฐาน 1.2 มม. ทะลุได้สำเร็จภายใน 2–3 ชั่วโมง เพื่อให้คงอยู่ได้นานเกิน 48 ชั่วโมงของการสัมผัสสะสม จะต้องเลือกวัสดุที่แตกต่าง-ทั้งโลหะผสมไทเทเนียมแบบพิเศษหรือโลหะทางเลือก-

กลไกของการโจมตีไทเทเนียมเกรด 2 อย่างรวดเร็วในสารผสม HF/HNO₃

ในสารละลายที่ประกอบด้วย HF- ฟิล์ม TiO₂ แบบพาสซีฟจะละลายทันที: TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O เมื่อไม่มีฟิล์มป้องกัน โลหะไทเทเนียมที่อยู่เบื้องล่างจะเกิดการกัดกร่อนอย่างรุนแรง กรดไนตริกในส่วนผสมไม่สามารถส่งไททาเนียมกลับคืนมาได้ เนื่องจากฟลูออไรด์ไอออนจะกำจัดออกไซด์ที่ก่อตัวอยู่อย่างต่อเนื่อง ปฏิกิริยาการกัดกร่อนมีความสม่ำเสมอและรวดเร็ว: Ti + 6HF → TiF₆²⁻ + 2H⁺ + 2H₂ ปฏิกิริยาวิวัฒนาการของไฮโดรเจนก็ถูกเร่งด้วย HF เช่นกัน ผลลัพธ์ที่ได้คืออัตราการสูญเสียวัสดุเชิงเส้นโดยไม่มีระยะฟักตัว ไทเทเนียมเกรด 2, เกรด 7 และเกรด 12 ทั้งหมดมีไทเทเนียมเป็นโลหะฐาน ดังนั้นทั้งหมดจึงมีอัตราการโจมตีที่คล้ายคลึงกันในส่วนผสม HF/HNO₃

ประสิทธิภาพของเกรดไทเทเนียมทางเลือกใน HF/HNO₃

การทดสอบการแช่แบบควบคุมใน 10% HF + 20% HNO₃ ที่ 30 องศา ได้กำหนดอัตราการกัดกร่อนต่อไปนี้:

ชั้นประถมศึกษาปีที่ 2 (บริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์): อัตราการกัดกร่อน 0.8 มม. ต่อชั่วโมง. 1.2 ท่อที่มีรูพรุนใน 1.5 ชั่วโมง ไม่เหมาะเกินกว่า-ใช้เครื่องทำความร้อนแบบใช้ครั้งเดียวทิ้ง

เกรด 7 (Ti-0.15Pd): อัตราการกัดกร่อน 0.7 มม.ต่อชั่วโมง แพลเลเดียมไม่ได้ให้ประโยชน์ใด ๆ เนื่องจากการเร่งปฏิกิริยาโลหะมีตระกูลต้องใช้ฟิล์มพาสซีฟที่สมบูรณ์ซึ่งไม่มีอยู่ คล้ายกับชั้นประถมศึกษาปีที่ 2

เกรด 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni): อัตราการกัดกร่อน 0.6 มม.ต่อชั่วโมง การเติมโมลิบดีนัมและนิกเกิลทำให้มีการปรับปรุงเล็กน้อยแต่ไม่เพียงพอต่อการอยู่รอดได้ 48 ชั่วโมง

เกรด 5 (Ti-6Al-4V): อัตราการกัดกร่อน 0.5 มม.ต่อชั่วโมง โครงสร้างจุลภาคอัลฟ่า-เบต้าจะละลายเป็นพิเศษที่ขอบเขตของเฟสเบต้า ซึ่งนำไปสู่การโจมตีตามขอบเกรน ไม่แนะนำ.

การเลือกโลหะทางเลือกสำหรับบริการ HF/HNO₃

ตารางต่อไปนี้แสดงการเปรียบเทียบโลหะทางเลือกที่สามารถอยู่รอดได้ 48 ชั่วโมงขึ้นไปในอ่างกัดกรด HF/HNO₃:

คู่มือการเลือกปฏิบัติสำหรับข้อกำหนดการเอาชีวิตรอด 48 ชั่วโมง

สำหรับเครื่องทำความร้อนที่ต้องแช่อยู่ในอ่างกัดกรด HF/HNO₃ สะสมเป็นเวลา 48 ชั่วโมง วัสดุจะต้องมีอัตราการกัดกร่อนต่ำกว่าประมาณ 0.03 มม. ต่อชั่วโมง (0.03 มม./ชม. × 48 ชม.=1.44 มม. การเจาะทะลุ) เฉพาะแทนทาลัม เซอร์โคเนียม และ PTFE เท่านั้นที่ตรงตามข้อกำหนดนี้:

แทนทาลัม: ต้านทานการกัดกร่อนโดยรวมได้ดีที่สุด สร้างฟิล์ม Ta₂O₅ ที่เสถียร ซึ่งต้านทาน HF ได้สูงถึงความเข้มข้น 60% ต่ำกว่า 50 องศา อุณหภูมิใช้งานสูงสุด 150 องศา ต้นทุนสูงแต่ให้บริการนานหลายสิบปี เชื่อมและทอได้

เซอร์โคเนียม: ทางเลือกที่ยอดเยี่ยมด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่า ต้านทาน HF ด้วยการสร้างฟิล์ม ZrO₂ ที่มีความเสถียรมากกว่า TiO₂ ในตัวกลางฟลูออไรด์ ความเข้มข้นของ HF สูงสุด 50% ที่ 30 องศา อาจเกิดหลุมได้หากความเข้มข้นของกรดไนตริกลดลงต่ำกว่า 10%

PTFE (โพลีเตตราฟลูออโรเอทิลีน): เฉื่อยทางเคมีกับสารผสม HF/HNO₃ ใช้เป็นไลเนอร์บนพื้นผิวโลหะ (โดยปกติจะเป็นเหล็กกล้าคาร์บอนหรือไททาเนียมสำหรับรองรับโครงสร้าง) อุณหภูมิใช้งานสูงสุด 200 องศา ค่าการนำความร้อนต่ำมาก (0.25 W/m·K เทียบกับ . 21 W/m·K สำหรับไทเทเนียม) ดังนั้นเครื่องทำความร้อนจึงต้องการพื้นที่ผิวที่ใหญ่กว่ามาก

จัดทำข้อกำหนดเฉพาะ

เมื่อระบุเครื่องทำความร้อนสำหรับอ่างกัดกรด HF/HNO₃ ที่ต้องการอายุการใช้งานเกิน 48 ชั่วโมง อย่าเลือกเกรดไทเทเนียมใดๆ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 2, ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 และชั้นประถมศึกษาปีที่ 12 ทั้งหมดล้มเหลวภายในไม่กี่ชั่วโมง สำหรับการใช้งานที่ต้นทุนเป็นเรื่องรองและความน่าเชื่อถือเป็นสิ่งสำคัญที่สุด ให้ระบุเครื่องทำความร้อนแบบแช่แทนทาลัมแบบทึบ สำหรับการใช้งานที่คำนึงถึงต้นทุนมากขึ้น- ให้ระบุเครื่องทำความร้อนเซอร์โคเนียมที่มีความหนาของผนังขั้นต่ำ 2.0 มม. สำหรับตัวเลือกราคาต่ำสุดที่ยังคงใช้งานได้ถึง 48- ชั่วโมง ให้ระบุเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมที่หุ้มด้วย PTFE โดยที่ PTFE ให้ความทนทานต่อสารเคมี (ความหนา 0.5–1.0 มม.) และไทเทเนียมให้การสนับสนุนโครงสร้าง ขอใบรับรองการทดสอบการกัดกร่อนจากซัพพลายเออร์ในอัตราส่วน HF/HNO₃ เฉพาะและอุณหภูมิของอ่างที่ต้องการ ในระหว่างการดำเนินการ ให้ตรวจสอบความเข้มข้นของ HF ทุกวัน การเพิ่มขึ้นที่สูงกว่า 15% HF จะทำให้อัตราการกัดกร่อนของเซอร์โคเนียมเพิ่มขึ้น 10 เท่า ด้วยการเลือกโลหะทางเลือกแทนที่จะพยายามแก้ไขเกรดไทเทเนียม วิศวกรจะรับประกันประสิทธิภาพเครื่องทำความร้อนที่เชื่อถือได้ในสภาพแวดล้อมหนึ่งในไม่กี่แห่งที่ไทเทเนียมไม่เหมาะสมโดยพื้นฐาน