Az extrém környezet
A vegyes salétrom{0}}hidrogén-fluoridsavas pácolás 90 fokon az egyik legagresszívebb környezet az ipari vegyi feldolgozásban. A tipikusan 10-20% HNO₃ és 2-5% HF-tartalmú oldat a salétromsav erős oxidáló erejét a fluoridion egyedülálló képességével ötvözi a fémeken lévő védőoxid filmekkel való komplexképző és feloldó képességgel.
A tantál-2,5%-os volfrámötvözet (Ta-2,5 W) a legkorrózióállóbb fémanyag, amely a kereskedelemben kapható ehhez a szolgáltatáshoz. A tiszta tantál már most is kivételes ellenállást mutat; a wolfram hozzáadása megerősíti az ötvözetet, és tovább fokozza a fluoriddal szembeni ellenállást a passzív film szilárd oldatának hatása révén.
A PTFE immunis mindkét savra külön-külön és azok kombinációjára. Nincs passzív film, amit megtámadhatnánk. Nincsenek fématomok ahhoz, hogy a fluorid komplexet képezzen. A legellenállóbb fém és az inert polimer összehasonlítása ebben az extrém környezetben megvilágítja a fémes korrózióvédelem alapvető korlátait.
A tantál passzív film fluorid támadás alatt
A tantál ellenáll a kevert HNO₃-HF-nek egy Ta2O5 passzív filmen keresztül, amely az egyik legismertebb kémiailag ellenálló oxid. A film salétromsavban stabil a teljes koncentráció- és hőmérséklet-tartományban. Fluoridionok jelenlétében a film lassú oldódási reakción megy keresztül:
Ta₂O₅ + 14HF → 2TaF₇²⁻ + 5H₂O + 4H⁺
A tantál{0}}fluorid komplex oldható. A film feloldódik. Az alatta lévő tantál fém reakcióba lép a salétromsavval, amely újra-oxidálja a felületet, és átalakítja a passzív filmet. A végeredmény a tantál folyamatos, lassú elvesztése,{5}}a korróziós sebesség a HF-koncentrációtól, a hőmérséklettől és a HNO₃/HF aránytól függ.
A Ta-2.5W volfrám kiegészítése módosítja ezt a viselkedést. A passzív filmbe beépített volfrámatomok megváltoztatják annak elektronikus szerkezetét, így ellenállóbbá teszik a fluoriddal szemben. A Ta-2,5 W korróziós sebessége vegyes HNO₃-HF-ben körülbelül 30-50%-kal alacsonyabb, mint a tiszta tantál azonos körülmények között. Ez jelentős előrelépés – de ez az arány csökkentése, nem pedig a mechanizmus megszüntetése.
| Korróziós paraméter | Tantál (tiszta) | Tantál-2,5W | PTFE |
|---|---|---|---|
| Korrózióvédelmi mechanizmus | Ta₂O5 passzív film | W-módosított Ta₂O5 passzív film | Az inherens C-F kötés stabilitása |
| Korróziós sebesség 15% HNO₃-ban + 3% HF 90 fokon (mm/év) | 0.02-0.08 | 0.01-0.05 | 0 |
| Korróziós sebesség, ha a HF 5%-ra nő (mm/év) | 0.05-0.15 | 0.03-0.10 | 0 |
| Érzékenység a HNO₃/HF arányra | Magas (a filmstabilitás az oxidálószer/fluorid egyensúlytól függ) | Mérsékelt | Egyik sem |
| Hőmérsékletre való érzékenység | Magas (az arány körülbelül megduplázódik 15 fokonként) | Magas | Nincs (260 fok alatt) |
| Hegesztési zóna korróziója | Előnyben részesített támadás lehetséges | Csökkentve, de nem megszüntetve | N/A (nincs hegesztés) |
| Anyagköltség (relatív) | 40-60× | 50-80× | 1× |
A hőmérsékleti gyorsulási tényező
A tantál korróziós sebessége fluorid{0}}tartalmú oldatokban erősen hőmérséklet-függő. Az arány körülbelül megduplázódik minden 15 fokos emelkedésnél. 60 fokon egy Ta-2,5W hőcserélő 5-8 évig is használható. 90 fokon az élettartam 2-3 évre csökkenhet. 110 fokon 12-18 hónapon belül cserére lehet szükség.
A PTFE korróziós sebessége mindhárom hőmérsékleten nulla. A hőcserélő élettartamát a gőznyomásból eredő mechanikai kúszás határozza meg, nem a vegyi hatás. 90 fokos szögben, megfelelő gőznyomás-szabályozás mellett a PTFE 15+ év élettartamot biztosít – 5-7-szer hosszabb, mint a Ta-2,5 W.
A kirándulási sebezhetőség
A pácolófürdőben a HNO₃/HF arány működés közben változik. A munkadarab behúzása-az öblítővíz felhígítja a fürdőt. A koncentráció helyreállítása érdekében savakat adhatunk hozzá a specifikációtól kissé eltérő-arányokkal. A párolgási veszteségek megváltoztatják az összetételt. Ezek az eltérések eltolják az oxidálószer/fluorid egyensúlyt, amelyre a tantál támaszkodik passzív filmjének megőrzéséhez.
Az alacsony HNO₃/HF arány -egy sav hozzáadásának hibája miatt, például- gyorsabban leválaszthatja a passzív filmet a tantálról, mint amennyire a rendelkezésre álló salétromsav képes megreformálni. Az így létrejövő aktív korrózió a savarány korrigálásáig folytatódik. Az egyetlen kirándulásból származó kár egy hónapos normál üzemi korróziónak felel meg.
A PTFE nem érzékeny a savarányra. Bármilyen nagyságrendű arányelmozdulás változatlanul hagyja az anyagot. A gyakorlati élettartam meghatározásában ez a kirándulási túlélés ugyanolyan értékes, mint az állandó-korróziós sebesség.
Összegzés
A PTFE-hőcserélők feltétel nélkül immunisak a vegyes HNO₃-HF 90 fokos pácolásra, míg a tantál-2,5%-os volfrámötvözet-a legellenállóbb kereskedelmi fém ehhez a szolgáltatáshoz-évente 0,01-0,05 mm-es korrodálódást okoz a passzív fluorid-oldat hatására. A korrózió sebessége a hőmérséklettel felgyorsul, és érzékeny a HNO₃/HF arányra. A PTFE 5-7-szer hosszabb élettartamot biztosít, kiküszöböli a feldolgozási elmozdulásokra való érzékenységet, és a tűzálló ötvözet töredékébe kerül. A PTFE hőmérsékleti határain belüli vegyes HNO₃-HF szolgáltatásban a PTFE a legjobb választás.
Műszaki támogatás a PTFE hőcserélő specifikációjához kevert savas pácolás esetén a savkoncentrációk, a normál és kiugró hőmérséklet-tartományok, valamint a berendezés aktuális élettartamára vonatkozó adatok benyújtásával érhető el.
