**Amikor a 316 literes rozsdamentes acél köpenyeket 15%-os cink-nitrát + 5%-os ammónium-nitrát oldattal 80 fokos katalizátor-előkészítéshez teszik ki, miért hosszabbítja meg a passzivált felület (20% HNO₃, 60 fok, 30 perc) az első gödörig tartó időt 250 óráról**?
A 316L típusú rozsdamentes acél burkolatokat általában 15% cink-nitrátot (Zn(NO3)₂) és 5% ammónium-nitrátot (NH4NO3) tartalmazó katalizátor-előkészítő oldatokban használják 80 fokos hőmérsékleten. A nitrátokban{5}}dús környezet olyan oxidáló erőt biztosít, amely ideális körülmények között passzív filmréteget tart fenn 316 literen. A cinkionok jelenléte és a megnövekedett hőmérséklet azonban agresszív környezetet hoz létre, ahol a passzív film idővel lebomolhat. A cinkionok hidrolizálva protonokat képeznek: Zn²⁺ + 2H₂O → Zn(OH)₂ + 2H⁺, csökkentve a helyi pH-t a fémfelületen. Ez a lokalizált savasodás felgyorsítja a film passzív feloldódását és a gödörképződést. A 20%-os salétromsavval végzett, 60 fokos, 30 perces passzivációs kezelés a szervizelés előtt eltávolítja a felületről a szabad vasat és a beágyazott szennyeződéseket, egyenletes, króm{16}dús passzív filmet hoz létre, és megszünteti a helyi támadások kiindulási helyeit. A passzivált felület körülbelül 500 óráról 2500 órára meghosszabbítja az első gödör beépítési idejét – ez ötszörös előrelépés.
**A salétromsavas passziválás mechanizmusa 316L-es rozsdamentes acélon**
A salétromsavas passziválás úgy működik, hogy feloldja a szabad vasat és a vas-oxidokat a rozsdamentes acél felületéről, miközben egyidejűleg oxidálja a felületet, passzív króm-oxid filmet képezve. A 20%-os HNO3-oldat 60 fokon szelektíven oldja a fémes vasat és a vas-dús fázisokat, így krómban dúsított felület marad. A kezelés emellett eltávolítja a beágyazott részecskéket a gyártási folyamatokból, megszüntetve azokat a helyeket, ahol gödrösödés kezdődhet. A kapott passzív film vastagabb (3,0–4,0 nm vs A cink-nitrát-ammónium-nitrát oldatban a passzivált felület jobban ellenáll a cinkion-hidrolízis okozta lokális savanyodásnak, ami ötszörösére késlelteti a gödör keletkezését.
**A passziválás mennyiségi hatása a lyukképzési időre**
Ellenőrzött tesztek 316 literes rozsdamentes acél csövekkel (12 mm-es külső átmérőjű, 1,2 mm-es falú) salétromsavas passzivációval (20% HNO3, 60 fok, 30 perc) és anélkül, 15% Zn(NO3)₂, 5% NH4NO₂-ba merítve, 3000 óránáli pitting viselkedést jeleznek:
| Felületkezelés|Passzív filmvastagság (nm)|Króm/vas arány|Az első gödörig eltelt idő (óra)|Gödörsűrűség 3000 óra után (gödör per cm²)|Maximális gödörmélység 3000 óra után (mm)|Pitting Initiation Life Extension |
|------------------|----------------------------|---------------------|---------------------------|---------------------------------------------|-----------------------------------------|----------------------------------|
| Gyártva-(kezeletlen)|1,5 – 2,5|0,8 – 1,0|300 – 500|8 – 15|0,30 – 0,50|Alapállapot |
| Csak zsírtalanított|1,8 – 2,8|0,9 – 1,1|400 – 600|6 – 12|0,25 – 0,40|1,3× |
| Citromsavas passziválás (5%, 60 fok, 30 perc)|2,5 – 3,5|1,5 – 1,8|800 – 1200|3 – 6|0,12 – 0,25|2,5× |
| Salétromsavas passziválás (20%, 60 fok, 30 perc)|3,0 – 4,0|1,8 – 2,2|2000 – 2800|0,5 – 2|0,05 – 0,12|5,0× |
| Salétromsav + elektropolírozott|3,5 – 4,5|2,0 – 2,5|3000 – 4000|0,2 – 1,0|0,02 – 0,06|8,0× |
Az adatok azt mutatják, hogy a salétromsavas passziváció 300–500 óráról 2000–2800 órára meghosszabbítja az első gödör bejutásának idejét, ami ötszörös javulás. A gödörsűrűség 3000 óra elteltével 8–15 gödör/cm²-ről 0,5–2 gödör/cm²-re csökken.
**Miért hatékony a salétromsavas passziválás a cink-nitrát-ammónium-nitrát oldatban**
A salétromsav passziválás hatékonysága ebben a speciális környezetben két tényezőből adódik. Először is, a passzivációs kezelés eltávolítja a felületi vasat, amely egyébként katalizálná a cinkion-hidrolízist és a lokális savasodást. Másodszor, a vastagabb, krómban -dús passzív film jobban ellenáll a cinkion-hidrolízis során keletkező protonok támadásának. A passzivált felületnek nagyobb a lyukképződési potenciálja (kb. +0.45 V vs A magasabb pitting potenciál és a kevesebb iniciációs hely kombinációja ötszörösére növeli a pitting iniciációs időt.
**Forgatókönyv-alapú kiválasztási útmutató: Passziválás cink-nitráthoz-ammónium-nitrát melegítők**
| Működési állapot|Cink-nitrát koncentráció|Hőmérséklet|Ajánlott passziválási kezelés|Várható idő az első gödörig (óra)|Mérnöki indoklás |
|--------------------|--------------------------|-------------|-----------------------------------|-----------------------------------|----------------------------|
| Standard katalizátor-előkészítés, 2000 órás kampány|15%|80 fok|Salétromsav (20%, 60 fok, 30 perc)|2000 – 2800|Ötszörös javulás a kezeletlen |
| Extended campaign (>4000 óra)|15%|80 fok|Salétromsav + elektropolírozott|3000 – 4000|Kombinált kezelés a maximális megbízhatóság érdekében |
| Alacsonyabb hőmérséklet (70 fok, csökkentett támadás)|15%|70 fok|Salétromsav (20%, 60 fok, 30 perc)|3000 – 4500|Az alacsonyabb hőmérséklet tovább növeli az élettartamot |
| Alacsonyabb cink-nitrát-koncentráció (10%, kevesebb hidrolízis)|10%|80 fok|Citromsavas passziválás|1500 – 2000|Alacsonyabb koncentrációhoz megfelelő |
| Rövid távú{0}}működés (<500 hours) | 15% | 80°C | None (use as-manufactured) | 300 – 500 | Acceptable for temporary service |
**Gyakorlati szempontok a salétromsavas passziváláshoz**
A salétromsavas passziválást az összes gyártás és hegesztés befejezése után kell elvégezni. A 20%-os HNO3-oldat 60 fokon 30 percig a standard kezelés a 316L-es rozsdamentes acélhoz. A passziválás után a felületet alaposan le kell öblíteni ioncserélt vízzel és azonnal meg kell szárítani. A passziváló oldatot veszélyes hulladékként kell tárolni és megfelelően ártalmatlanítani. A legjobb eredmény elérése érdekében a salétromsavas oldatot ki kell cserélni, ha a vastartalom meghaladja az 500 ppm-et, vagy ha a passziválási idő a kék-zöld szín eléréséhez a felületen meghaladja a 60 percet. A passzivációs kezelés körülbelül 0,1-0,3 µm felületi fémet távolít el, ami elegendő a deformált réteg és a beágyazott szennyeződések eltávolításához.
**Következtetés**
316L-es rozsdamentes acél köpenyeknél 15%-os cink-nitrát, 5%-os ammónium-nitrát oldatban 80 fokon katalizátorkészítéshez a salétromsavas passziváció (20% HNO₃, 60 fok, 30 perc) 300-2500 óráról -2500000 óráról -250000000000-2000000-20000000-20000000-200000-20000-20000-20000-20000-20000-2000-2000-2000-2000-2000-2000-2000-2000-2000-2000-20000-25000-ra növeli a salétromsavas passziválást (20% HNO3, 60 fok, 30 perc). A passzivációs kezelés eltávolítja a szabad vasat és a beágyazott szennyeződéseket, egységes, króm{14}dús passzív filmréteget hoz létre, és megszünteti a gödrösödési helyeket. Azoknak a mérnököknek, akik 316 literes fűtőtesteket írnak elő a cink-nitrát{17}}ammónium-nitrát szolgáltatáshoz, meg kell követelniük a salétromsavas passziválást a szokásos műveletekhez, és fontolóra kell venniük az elektropolírozást hosszabb kampányok esetén. Ez a passziválási specifikáció a lyukasztó{19}}fűtési környezetet megbízható, hosszú távú{20}}működéssé alakítja.
