ในเครื่องย้อมสิ่งทอโดยใช้กรดฟอร์มิก (pH 3.5) เป็นตัวปรับระดับที่ 130 องศา ชั้นออกไซด์ของปลอกทำความร้อนไทเทเนียมจะงอกใหม่ได้อย่างไรหลังแต่ละรอบการย้อมเพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพสะสม

ส่วนลดพื้นฐาน-ในการออกแบบเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมสำหรับการย้อมสิ่งทอ
เครื่องย้อมผ้าทำงานที่อุณหภูมิ 130 องศา โดยมีกรดฟอร์มิก (pH 3.5) เป็นตัวปรับระดับสำหรับสีย้อมที่เป็นกรดบนขนสัตว์และไนลอน ปลอกทำความร้อนไทเทเนียมถูกกำหนดไว้สำหรับการต้านทานการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ชั้นพาสซีฟออกไซด์ (TiO₂) ของไททาเนียมต่างจากโลหะหลายชนิดที่กัดเซาะไปเรื่อย ๆ มีความสามารถที่ผิดปกติในการสร้างใหม่ทั้งหมดระหว่างรอบการย้อมสี แต่ละรอบการโจมตีด้วยกรดฟอร์มิกอาจทำให้ชั้นออกไซด์บางลงบ้าง (เท่ากับ 0.01-0.03 มม. ต่อปี) ระหว่างการทำให้เย็นลง- การระบายน้ำและการชะล้างระหว่างรอบ ออกซิเจนสดและน้ำจะสัมผัสกับพื้นผิวไทเทเนียมเพื่อให้ชั้นออกไซด์ที่สมบูรณ์และเสถียรกลับคืนมา คุณสมบัติการรักษาตัวเองนี้ส่งผลให้เกิดการเสื่อมสภาพสะสมเพียงเล็กน้อย และข้อกำหนดความหนาของผนังถูกกำหนดโดยแรงทางกลและการเคลื่อนตัวของสารเคมีที่หาได้ยาก แทนที่จะเป็นการกัดกร่อนในสภาวะคงตัว การวิจัยครั้งนี้อธิบายถึงกลไกการฟื้นฟูและเหตุผลที่ความหนาของผนังอาจลดลงเมื่อเปรียบเทียบกับการบริการต่อเนื่อง

ผลต่อความสมบูรณ์ทางกล: กลไกการสร้างชั้นออกไซด์ใหม่
ในอากาศ ฟิล์มแพสซีฟบนไทเทเนียมจะมีความหนาประมาณ 5 ถึง 10 นาโนเมตร ในกรดฟอร์มิกที่ pH 3.5 และ 130 องศา ชั้นออกไซด์จะถูกละลายอย่างช้าๆ ในอัตรา 0.2–0.5 นาโนเมตร/ชม. ส่งผลให้มีการสูญเสียโลหะเทียบเท่า 0.01–0.03 มม./ปี หากการละลายนี้คงที่ ผนังหนา 1.0 มม. จะมีอายุการใช้งานเผื่อการกัดกร่อนที่ 33-100 ปี ซึ่งถือว่าเพียงพอในปัจจุบัน ข่าวดีก็คือ ระหว่างรอบการย้อม (ปกติแต่ละรอบจะใช้เวลา 2-4 ชั่วโมง โดยให้เย็นลง การระบายและการชะล้างเป็นเวลา 30-60 นาที) พื้นผิวไทเทเนียมจะสัมผัสกับอากาศและน้ำที่มีอุณหภูมิแวดล้อม ในสภาวะเช่นนี้ ฟิล์มออกไซด์จะกลับเนื้อกลับตัวเป็นความหนาเต็มภายในไม่กี่นาที ปฏิกิริยาการฟื้นฟู: 2Ti + O2 → 2TiO2 (อากาศ) หรือ 2Ti + 2H2O → 2TiO2 + 2H2 (น้ำ) ชั้นออกไซด์ใหม่จะช่วยปกป้องและมีโครงสร้างเหมือนชั้นเก่า ดังนั้นการสูญเสียโลหะสุทธิต่อรอบจึงไม่ใช่การละลายทั้งหมดในระหว่างรอบเต็ม แต่เป็นเพียงการละลายที่เวลาที่กรดอุณหภูมิสูงสัมผัสก่อนที่จะทะลุชั้นออกไซด์ ชั้นออกไซด์ถูกสร้างขึ้นใหม่อย่างต่อเนื่องจากพื้นผิวโลหะ ดังนั้นการใช้โลหะจริงจึงต่ำ

การทดสอบสเปกโทรสโกปีอิมพีแดนซ์เคมีไฟฟ้า (EIS) ของไทเทเนียมที่ปั่นด้วยกรดฟอร์มิกที่อุณหภูมิ 130 องศาเซลเซียส (pH 3.5) ต่อบรรยากาศโดยรอบ เผยให้เห็นความต้านทานของฟิล์มพาสซีฟจะฟื้นตัวเป็น 95% ของค่าเดิมในเวลา 10 นาทีของการสัมผัสอากาศ หลังจากผ่านไป 1,000 รอบ (3-5 ปีของการผลิต) การสูญเสียโลหะโดยรวมจะอยู่ที่ 0.005 มม. ซึ่งเป็นค่าที่แทบจะสังเกตไม่เห็นได้

ผลกระทบต่อประสิทธิภาพความร้อน: ไม่มีผลสะสม
กระบวนการสร้างใหม่ไม่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการระบายความร้อน ชั้นออกไซด์บางเกินไป (10 นาโนเมตร) ที่จะส่งผลต่อการถ่ายเทความร้อน ความต้านทานการนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความหนาของผนัง อย่างไรก็ตาม การนำความร้อนและการแผ่รังสีของพื้นผิวของไทเทเนียมจะไม่เปลี่ยนแปลงโดยกระบวนการสร้างใหม่

การสังเคราะห์สิ่งที่ต้องแลก-: ความหนาของผนังที่ต้องการพร้อมการสร้างใหม่
สภาพการสัมผัส อัตราการกัดกร่อน (เทียบเท่ามม./ปี) ผนังที่ต้องการ (มม.) หมายเหตุอายุการใช้งาน 10 ปี
การแช่น้ำคงที่ (ไม่มีการหมุนเวียน)0.02 มม./ปี 0.8 มม. ยอมรับได้
การปั่นจักรยานเป็นกลุ่มพร้อมการฟื้นฟู (1,000 รอบ/ปี) 0.005 มม./ปี (เทียบเท่าสะสม) 0.6 มม. การโจมตีสุทธิจะลดลงตามการฟื้นฟู
กรดปั่นป่วนเป็นครั้งคราว (pH 2.0, 2 ชม.)0.10 มม./ปั่นป่วน 1.0 มม. (คาดว่าจะปั่นป่วน 10 ครั้ง) จำเป็นต้องเผื่อเวลาปั่นป่วน
ข้อกำหนดในการจัดการกับกลไก N/A 0.8 ถึง 1.0 มม. (ขั้นต่ำ) ความต้านทานต่อรอยบุบ
แนะนำสำหรับสิ่งทอที่กำลังจะตายRegenerator active ค่าเริ่มต้น 1.0 มม
สำหรับความทนทานทางกล (ความต้านทานต่อการบุบจากการเคลื่อนไหวของสิ่งทอ การติดตั้ง) แนะนำให้ใช้ความหนาของผนังขั้นต่ำ 0.8–1.0 มม. แม้ว่าจะต่ออายุแล้วก็ตาม ผนังที่บางกว่า (0.5–0.7 มม.) ตามทฤษฎีอาจเพียงพอต่อการกัดกร่อน แต่เปราะเกินไปสำหรับบริการเครื่องย้อมสิ่งทอ

วิศวกรรมที่เหนือกว่ากำแพง: การพากรดและคุณภาพน้ำล้าง
กลไกการสร้างใหม่จะขึ้นอยู่กับคุณภาพน้ำล้างระหว่างรอบ คลอไรด์ในน้ำล้าง (น้ำในเมืองหรือจากการกำจัดสารละลายสีย้อมไม่เพียงพอ) อาจรบกวนการกลับคืนสู่สภาพเดิม ไอออนคลอไรด์ดูดซับบนพื้นผิวไทเทเนียมและอาจชะลอหรือยับยั้งการสร้างออกไซด์ใหม่ทั้งหมด รอบการล้างจะรวดเร็วและสมบูรณ์หากใช้น้ำปราศจากไอออนหรือน้ำรีเวอร์สออสโมซิส นอกจากนี้ การพาหะของกรด – กรดฟอร์มิกที่ติดอยู่ในรอยแยกหรือใต้คราบสะสม – ยังคงกัดกร่อนไทเทเนียมในช่วงเวลาที่สัมผัสกับอากาศ ความเสี่ยงนี้หลีกเลี่ยงได้โดยการระบายน้ำและฉีดพ่นพื้นผิวเครื่องทำความร้อนอย่างเหมาะสมก่อนสัมผัสกับอากาศ ความหนาของผนังควรมากจนทำให้มีระยะเผื่อเล็กน้อย (0.2 ถึง 0.3 มม.) สำหรับการพากรดที่เป็นไปได้

สรุป: ผนัง 1.0 มม. ก็เพียงพอแล้วเนื่องจากการงอกใหม่
ในเครื่องย้อมผ้าที่ใช้กรดฟอร์มิก (pH 3.5) ที่ 130 องศา ชั้นออกไซด์ของปลอกทำความร้อนไทเทเนียมจะถูกสร้างใหม่ทั้งหมดระหว่างรอบการย้อมแต่ละรอบในระหว่างการทำให้เย็นลง การระบายออก และการชะล้าง คุณสมบัติการรักษาตัวเอง-นี้ป้องกันการเสื่อมสภาพสะสม และลดอัตราการกัดกร่อนสุทธิลงเหลือ 0.005 มม. ต่อปีหรือน้อยกว่า ซึ่งต่ำกว่าอัตราสม่ำเสมอในการแช่อย่างต่อเนื่องอย่างมาก ความหนาของผนัง 1.0 มม. ช่วยให้ทนต่อการกัดกร่อนได้มากกว่า 100 ปี ซึ่งสูงกว่าอายุการใช้งานที่วางแผนไว้ 10-15 ปีสำหรับกระบวนการย้อมสีมาก ความหนาของผนังจึงถูกเลือกเพื่อให้มีความทนทานเชิงกล (เพื่อป้องกันการบุบที่เกิดจากการเคลื่อนไหวของสิ่งทอ) แทนที่จะทนต่อการกัดกร่อน ข้อมูลจำเพาะที่แนะนำคือปลอกไทเทเนียมเกรด 2 ผนังหนา 1.0 มม. พร้อมชะล้างน้ำปราศจากไอออนระหว่างรอบ ผนังที่หนากว่า (1.5-2.0 มม.) ไม่ได้เพิ่มการป้องกันการกัดกร่อน และควรหลีกเลี่ยงเพื่อประหยัดต้นทุนและน้ำหนัก เมื่อระบุเครื่องทำความร้อนสำหรับเครื่องย้อมผ้าให้ระบุความถี่รอบและคุณภาพน้ำล้างเพื่อรับประกันว่าเป็นไปตามเกณฑ์การฟื้นฟู แต่เลือก 1.0 มม. เป็นมาตรฐาน มีความหนาเพียงพอต่อการกัดกร่อน