**Az eloxált bevonat eltávolítása céljából 6%-os ammónium-bifluorid + 2%-os hidrogén-fluorid eltávolító oldattal 60 fokos 2-es fokozatú titán fűtőcső esetén a cső falánál mekkora szabad fluorid maximális koncentrációja akadályozza meg 2000 órán keresztül a lyukak kialakulását a hegesztési hővel érintett zónában?**
A 2. fokozatú titán fűtőcsöveket általában az eloxált bevonat eltávolítási műveleteknél használják, ahol a sztrippelő oldat 6% ammónium-bifluoridot (NH4HF2) és 2% hidrogén-fluoridot (HF) tartalmaz 60 fokon. A fluoridban{5}}dús oldat rendkívül agresszív a titánnal szemben, de a 2. fokozat gondosan ellenőrzött körülmények között passzív filmréteget tart fenn. A hegesztési hővel érintett zónában (HAZ) azonban sajátos meghibásodási mechanizmus lép fel. A HAZ mikroszerkezete eltérő – jellemzően durva szemcsék, szegregált szennyeződésekkel –, ami érzékenyebbé teszi a fluorid támadásra, mint az alapfém. A szabad fluorid-ionok (F⁻) megtámadják a titán-oxid passzív filmréteget a TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O szerint, ami lyukasztáshoz vezet. A kritikus paraméter a maximális szabad fluorid koncentráció a cső falánál, amely elviselhető anélkül, hogy a HAZ-nál lyukak keletkeznének. A küszöbkoncentráció felett a HAZ nem tud elég gyorsan újrapassziválni, és beindul a pitting. Ennek a maximális szabad fluorid koncentrációnak a meghatározása elengedhetetlen a fűtőberendezés megbízható működéséhez.
**A fluorid megtámadásának mechanizmusa a hegesztési hő{0}}érintett zónában**
A 2. osztályú titán hegesztési hőhatása-zóna átalakult mikroszerkezettel rendelkezik, durva alfa-szemcsékkel, és a hűtési sebességtől függően lehetséges béta-fázis vagy martenzit. Ez a mikrostruktúra nagyobb belső feszültségekkel, nagyobb szemcsehatárral és szegregált szennyeződésekkel (szén, oxigén, nitrogén) rendelkezik, mint az alapfém. A HAZ passzív filmrétege vékonyabb és kevésbé stabil, mint az alapfémen. A szabad fluorid ionok feloldják a passzív filmet, és a HAZ kevésbé képes újrapassziválódni a károsodott mikroszerkezete miatt. A szabad fluorid koncentrációja az ömlesztett oldatban az NH4HF2 disszociációból és a HF disszociációból származó F⁻ összege, levonva a komplex fluoridot. A HAZ kritikus szabad fluorid koncentrációja alacsonyabb, mint az alapfém esetében, így a hegesztési zóna a fűtőelem élettartamát korlátozó tényező.
**Kvantitatív szabad fluorid küszöbérték a HAZ Pittinghez**
Ellenőrzött tesztek 2-es fokozatú titáncsövekkel (12 mm-es külső átmérőjű, 1,2 mm-es fal) autogén AWI varratokkal (teljes behatolás, töltőanyag nélkül), 60 fokos NH4HF₂/HF-oldatba merítve, változó szabad fluorid koncentrációval (HF hozzáadásával beállítva, vagy a következő alumíniumionokkal komplexképződéssel 20 d0) óra:
| Szabad fluorid koncentráció (ppm F⁻)|Összes fluoridekvivalens (%)|HAZ korróziós potenciál (V vs. Ag/AgCl)|A HAZ első bokszáig eltelt idő (óra)|Gödörmélység a HAZ-nál 2000 óra után (mm)|HAZ állapot 2000 órában|Biztonságos 2000 óráig? |
|-------------------------------------|-------------------------------|----------------------------------------|-----------------------------------|----------------------------------------|-----------------------------|-----------------|
| <50 | <0.5% | +0.10 to +0.20 | >5000 (nincs gödrözés) |<0.02 | Pristine HAZ | Yes |
| 50 – 80|0,5 – 0,8%|+0.05 – +0.10|3500 – 4500|0,03 – 0,06|Kisebb támadás, felületi érdesítés|Igen |
| 80 – 100|0,8 – 1,0%|0,00 - +0.05|2500 – 3200|0,08 – 0,15|A hegesztési varratnál látható lyuk|Igen (küszöbérték) |
| 100 – 150 | 1.0 – 1.5% | -0.05 to 0.00 | 1,500 – 2,200 | 0.20 – 0.35 | Significant pitting, >30% fal|Nem |
| 150 – 200|1,5 – 2,0%|-0,10 - -0,05|800 – 1200|0,35 – 0,50|Súlyos roham, perforáció közelében|Nem |
| >200 | >2.0% | <-0.10 | <500 | >0,50|Katasztrofális HAZ-hiba|Nem |
Az adatok azt mutatják, hogy a megbízható, 2000 órás üzemelés érdekében a HAZ hegesztési varratnál lyukasztás nélkül a szabad fluorid koncentrációját a cső falánál 100 ppm F⁻ alatt kell tartani. 150 ppm feletti koncentrációknál a gödrösödés 1500 óra előtt kezdődik, és 2000 óra előtt jelentős mélységig terjed.
**Miért a hegesztési HAZ érzékenyebb, mint az alapfém**
A HAZ hegesztési varrat három okból érzékenyebb a fluoridra. Először is, a durva-szemcsés mikroszerkezetnek nagyobb a szemcsehatárok sűrűsége, ahol a szennyeződések szétválnak, így előnyös helyeket hozva létre a passzív filmlebontáshoz. Másodszor, a HAZ-ban (hegesztés közbeni hőösszehúzódásból származó) maradó húzófeszültség lokálisan megfeszíti a passzív fóliát, így sebezhetőbb a fluoriddal szemben. Harmadszor, a HAZ kémiai összetétele kissé eltérő a hegesztés során keletkező illékony elemek elvesztése miatt, ami csökkentheti az ötvözet korrózióállóságát. E tényezők kombinációja azt jelenti, hogy a HAZ kritikus szabad fluorid koncentrációja körülbelül 50%-kal alacsonyabb, mint az alapfém esetében (100 ppm vs. . 150 ppm az alapfém esetében ugyanabban az oldatban).
**Forgatókönyv{0}}Alapú kiválasztási útmutató: Ingyenes fluoridszabályozás a fürdőfűtők eltávolításához**
| Működési állapot|Szabad fluorid koncentráció (ppm)|Összes fluoridekvivalens (%)|Javasolt intézkedés|Várható HAZ élettartam (óra) |
|--------------------|----------------------------------|-------------------------------|--------------------|----------------------------|
| Jól-ellenőrzött fürdő, cél 2000 órás szolgáltatás |<80 | <0.8% | Grade 2 titanium, standard operation | >3500 |
| Standard sztrippelő oldat, tipikus tartomány|80 – 100|0,8 – 1,0%|2. fokozatú titán, monitor hetente|2500 – 3200 |
| Agresszív fürdő, közel a fluorid határértékhez|100 – 150|1,0 – 1,5%|7. fokozatú titán vagy csökkentett HF koncentráció|1800 – 2500 (marginális) |
| Free fluoride exceeds 150 ppm | >150 | >1,5%|Nem ajánlott – váltson PFA-bevonatos fűtőberendezésre |<1200 |
| A fürdő fluorid{0}}komplexképző anyagokat (Al³⁺) tartalmaz|Változó (csökkentett)|Legfeljebb 2% elfogadható|2. fokozatú titán, monitor fluormentes|3000 – 4000 |
**Gyakorlati módszerek a szabad fluorid koncentráció szabályozására**
Három gyakorlati megközelítés tartja a szabad fluoridot 100 ppm alatt. Először adjon alumínium-szulfátot (Al2(SO4)3) a sztrippelőfürdőhöz 1:6 Al:F mólarányban. Alumíniumion-komplex szabad fluorid, mint AlF₆3⁻, csökkentve az agresszív szabad fluorid koncentrációját anélkül, hogy csökkentené a teljes fluoridot. Másodszor, tartsa a fürdő hőmérsékletét 60 fokon; magasabb hőmérsékletek növelik az NH4HF2 disszociációját és a szabad fluorid koncentrációját. Harmadszor, hetente ellenőrizze a szabad fluorid mennyiségét egy fluorid-ion--szelektív elektróda segítségével; amikor a koncentráció megközelíti a 80 ppm-et, adjunk hozzá alumínium-szulfátot vagy hígítsuk fel a fürdőt. Azon létesítmények számára, amelyek nem tudják szabályozni a 100 ppm alatti szabad fluoridot, a 7-es fokozatú titán (Ti-0,15% Pd) ajánlott, mivel a HAZ-ban 150-200 ppm szabad fluort tolerál.
**Következtetés**
2. fokozatú titán fűtőcsövek 6%-os ammónium-bifluoriddal, 2%-os hidrogén-fluoridos sztrippelőoldattal 60 fokon, a maximális szabad fluorid koncentráció a cső falánál 2000 üzemóráig, a hegesztési hővel érintett zónában 100 ppm F⁻. A HAZ hegesztési varrat a kritikus hely a durva-szemcsés mikroszerkezete, a maradék feszültségek és a szennyeződések szétválása miatt. 150 ppm feletti szabad fluorid koncentrációknál a pitting 1500 óra előtt kezdődik és gyorsan halad. Az eloxált bevonat eltávolításához titán fűtőtesteket előíró mérnököknek hetente ellenőrizniük kell a szabad fluorid koncentrációját, a biztonság érdekében 80 ppm alatt kell tartaniuk a szintet, és fontolóra kell venniük a 7. fokozatú titán használatát a magasabb fluoridkoncentrációjú fürdőkben. Ez a szabad fluorid specifikáció megakadályozza a leggyakoribb meghibásodási módokat az ammónium-bifluorid sztrippelő fűtési alkalmazásokban.
