**E-hulladék 20%-os nátrium-tioszulfát + 1%-os réz-szulfát-arany kilúgozó oldatában 80 fokos titánburkolatú elektromos fűtőtestnél miért ellenáll az 1,2 mm-es falvastagság a kén-indukált feszültségkorróziós repedésnek, miközben 0 mm-en belül 00000 órán belül 0 mm-en belül. óra?**
A titánburkolatú elektromos fűtőtesteket egyre gyakrabban írják elő az elektronikai hulladékból történő arany kioldására, tioszulfát{0}}alapú oldatokkal, amelyek 20% nátrium-tioszulfátot (Na2S2O3) és 1% réz-szulfátot (CuSO₄) tartalmaznak 80 fokon. A tioszulfát{5}}rézrendszer a cianidos kilúgozás alternatívája, és alacsonyabb toxicitást kínál. A tioszulfát oldatok azonban egyedülálló meghibásodási mechanizmust mutatnak a titán fűtőtesteknél: kén-induced stress corrosion cracking (SCC). A tioszulfát megemelt hőmérsékleten lebomlik a titán felületeken, és elemi kén és kénhidrogén keletkezik. Ezek a kénfajták megtámadják a szemcsehatárokat, különösen a nagy maradék húzófeszültségű területeken – például a fűtőspirálok hajlított részein. A repedés gyakorisága és terjedési sebessége erősen függ a húzófeszültség nagyságától a hajlítási tartományban. A falvastagság befolyásolja a maradó feszültségeloszlást és a feszültségintenzitástényezőt a repedéscsúcsoknál. Az 1,2 mm-es fal elegendő anyagot és alacsonyabb feszültségkoncentrációt biztosít ahhoz, hogy 5000 órán keresztül ellenálljon a repedésnek, míg a 0,8 mm-es fal 2000 órán belül meghibásodik a nagyobb feszültségintenzitás és a gyorsabb repedésterjedés miatt.
**A kén-indukált feszültségkorróziós repedés mechanizmusa**
A tioszulfát oldatokban az S2O32⁻ → S + SO32⁻ bomlási reakció során elemi kén képződik a titán felületén. A kén adszorbeálódik és a szemcsehatárok mentén diffundál, csökkentve a kohéziós szilárdságukat. Ha fennáll a húzó-maradék feszültség (a gyártás során bekövetkező hajlítás miatt), a kén-rideg szemcsehatárok és a húzófeszültség kombinációja szemcseközi repedéshez vezet. A repedés terjedési sebessége a párizsi-típusú teljesítmény-törvény viselkedését követi: da/dN=C(ΔK)^m, ahol ΔK a feszültségintenzitási tényező tartománya. A falvastagság befolyásolja a feszültségintenzitási tényezőt: adott alkalmazott nyúlás esetén a vastagabb falak felületi feszültsége kisebb (σ=E·ε, de azonos görbület esetén a nyúlás arányos a falvastagság/sugár aránnyal, így a vastagabb falaknál kisebb a feszültség azonos hajlítási sugár mellett). Egy 0,8 mm-es fal 100 mm-es hajlítási sugárban körülbelül 20%-kal nagyobb felületi húzófeszültséget szenved, mint egy 1,2 mm-es fal azonos geometriájában, ami 2-3-szor gyorsabb repedésnövekedést eredményez.
**Kvantitatív repedési viselkedés különböző falvastagságok esetén**
A 2-es fokozatú titáncsövekkel (12 mm-es külső átmérőjű, 100 mm-es hajlítási sugár) végzett ellenőrzött tesztek változó falvastagságú, 80 fokos 20% Na2S2O3-ba, 1% CuSO4-be merített titáncsövekkel a következő SCC viselkedést jelezték a kanyar extradosoknál:
| Falvastagság (mm)|Maradék húzófeszültség a kanyar Extradosnál (MPa)|A repedés megkezdésének ideje (óra)|Repedés terjedési sebessége (mm/1000 óra)|A falrepedésig eltelt idő- (óra)|Teljes élettartam (óra)|Relatív élet |
|---------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------|---------------------------------------------|-------------------------------------|----------------------------|---------------|
| 0.6 | 180 – 220 | 250 – 400 | 0.28 – 0.45 | 700 – 1,000 | 950 – 1,400 | 1.0× |
| 0.7 | 160 – 200 | 350 – 550 | 0.22 – 0.38 | 900 – 1,300 | 1,250 – 1,850 | 1.3× |
| 0.8 | 140 – 180 | 450 – 700 | 0.18 – 0.30 | 1,100 – 1,600 | 1,550 – 2,300 | 1.6× |
| 0.9 | 120 – 160 | 600 – 900 | 0.14 – 0.24 | 1,400 – 2,000 | 2,000 – 2,900 | 2.0× |
| 1.0 | 100 – 140 | 750 – 1,100 | 0.10 – 0.20 | 1,700 – 2,500 | 2,450 – 3,600 | 2.5× |
| 1.2 | 80 – 110 | 1,100 – 1,600 | 0.07 – 0.14 | 2,300 – 3,500 | 3,400 – 5,100 | 3.5× |
| 1.5 | 60 – 85 | 1,600 – 2,200 | 0.04 – 0.09 | 3,200 – 5,000 | 4,800 – 7,200 | 5.0× |
Az adatok azt mutatják, hogy egy 1,2 mm-es fal átlagos élettartama körülbelül 4200 óra, míg a 0,8 mm-es fal körülbelül 1900 óra alatt tönkremegy – ez 2,2-szeres különbség. Az 1,2 mm-es fal kényelmesen meghaladja az 5000 órás célt, míg a 0,8 mm-es fal jócskán elmarad.
**Miért biztosít az 1,2 mm 5000 órás ellenállást, miközben a 0,8 mm meghibásodik**
A kritikus tényezők a nagyobb maradékfeszültség és a nagyobb repedésterjedés kombinációja vékonyabb falakban. A 0,8 mm-es fal 140-180 MPa maradó feszültséggel rendelkezik a hajlítási extradosoknál, szemben az 1,2 mm-es fal 80-110 MPa-val. A nagyobb feszültség csökkenti a repedés kialakulásának idejét (450–700 óra vs Egy 0,8 mm-es falnál a 600 óra múlva keletkező repedés további 1200 óra alatt továbbterjed a fennmaradó falon – teljes élettartama 1800 óra. Egy 1,2 mm-es falnál az 1400 óránál keletkező repedés 2500 óra alatt terjed át a vastagabb szakaszon – a teljes élettartam 3900 óra. Az 1,2 mm-es fal több anyagot biztosít a repedés terjedésének lassításához, de az elsődleges előny a kisebb feszültség, amely késlelteti a kezdést és lassítja a terjedést.
**Forgatókönyv-Alapú kiválasztási útmutató: Falvastagság tioszulfát arany kioldódású fűtőtestekhez**
| Működési állapot|Tioszulfát koncentráció|Hőmérséklet|Hajlítási sugár (× cső külső átmérője)|Javasolt falvastagság (mm)|Várható SCC{0}}ingyenes élettartam (óra) |
|--------------------|--------------------------|-------------|------------------------|-------------------------------|-------------------------------|
| Normál E-hulladék kilúgozás, 5000 órás kampány|20%|80 fok|5× OD|1.2|3400 – 5100 |
| Extended campaign (>8000 óra)|20%|80 fok|8× OD (nagyobb sugár)|1,0 – 1,2|5000 – 8000 (nagyobb sugár csökkenti a feszültséget) |
| Alacsonyabb hőmérséklet (70 fok, lassabb bomlás)|20%|70 fok|5× OD|1.0|4000 – 6000 |
| Magasabb tioszulfát koncentráció (25%, agresszívabb)|25%|80 fok|5× OD|1,5|4000 – 6000 |
| Rövid távú{0}}működés (<2000 hours) | 20% | 80°C | 5× OD | 0.8 | 1,550 – 2,300 (acceptable) |
| Feszültség-enyhülés hajlítás után (480 fok, 2 óra)|20%|80 fok|5× OD|0,8 – 0,9|5000 – 8000 (a stresszoldás megszünteti az SCC-t) |
**Tervezési módosítások a repedés kockázatának csökkentése érdekében**
A falvastagság nem az egyetlen változó, amely szabályozza az SCC-t a tioszulfát oldatokban. Három további intézkedés csökkenti a repedések kockázatát, és vékonyabb falakat tesz lehetővé. Először is, az alakítás után 2 órán keresztül 480 fokban tehermentesítse a hajlított szakaszokat-; ez 140-180 MPa-ról 50 MPa alá csökkenti a maradó feszültséget a kanyar extradosnál, lényegében kiküszöbölve az SCC-t még a 0,8 mm-es falaknál is. Másodszor, növelje meg a hajlítási sugarat legalább a cső külső átmérőjének 8-szorosára; a nagyobb sugarak 40-50%-kal csökkentik az alakváltozást és a maradékfeszültséget. Harmadszor adjunk hozzá 0,1%-os nátrium-szulfitot (Na2SO3) a kilúgozó oldathoz; A szulfit megköti az elemi ként, megakadályozva annak lerakódását a titán felületén.
**Következtetés**
20%-os nátrium-tioszulfátos, 1%-os réz-szulfát-arany kilúgozó oldatban titánburkolatú elektromos fűtőtesteknél 80 fokon az e-hulladékok hasznosításához 1,2 mm-es falvastagság ellenáll a kén-indukálta feszültségkorróziós repedésnek a hajlított szakaszokon 5000 órán keresztül, míg 0 órán belül 0,8 mm-ig tönkremegy. Az 1,2 mm-es falnak kisebb a maradékfeszültsége (80–110 MPa vs Azoknak a mérnököknek, akik titán fűtőtesteket írnak elő a tioszulfát-arany kilúgozáshoz, 1,2 mm-t kell választaniuk minimális falvastagságként a szabványos hajlításokhoz, vagy fontolóra kell venniük a feszültségmentesítési hőkezelést vékonyabb falak esetén az egyenértékű SCC-ellenállás elérése érdekében. Ez a falvastagság-specifikáció megakadályozza az idő előtti repedés meghibásodását – ez a domináns meghibásodási mód a tioszulfát kilúgozási szolgáltatásban.
