Ammoniy xlorid (NH₄Cl) eritmalari o'g'it ishlab chiqarishda, sinkni qayta ishlashda, quruq batareyalarni qayta ishlashda va ba'zi farmatsevtika jarayonlarida uchraydi. 316 zanglamaydigan po'latdan yasalgan qoplamali isitgichlar NH₄Cl eritmalarida 10% dan yuqori konsentratsiyalarda va 80-120 daraja haroratlarda ishlaganda, sirtning o'ziga xos va zararli degradatsiyasi rejimi paydo bo'ladi: qalin, g'ovakli, shimgichga o'xshash metall nikel qatlamining shakllanishi. Bu qatlam temir va xromning 316 sirtidan tanlab erishi natijasida rivojlanadi va nikelga{8}} boy qoldiq qoldiradi, u asl tashqi oʻlchamlarini saqlaydi, lekin metall kesimining 30–60% ini yoʻqotadi. Gözenekli nikel shimgichi juda past issiqlik o'tkazuvchanligiga ega (taxminan 5-10 Vt / (m · K), qattiq 316 uchun 15 Vt / (m · K) va suvli eritmalar uchun 0,5-2 Vt / (m · K) ga nisbatan). Bu ichki isitish elementi va texnologik suyuqlik o'rtasidagi issiqlik qarshiligini 200-500% ga oshiradigan izolyatsion to'siqni yaratadi, bu esa g'ilof sirtining harorati keskin oshishiga olib keladi. Ko'tarilgan sirt harorati musbat qayta aloqa zanjirida keyingi korroziyani tezlashtiradi, bu esa 3-12 oy ichida, ko'pincha qobiq devori korroziya bilan teshilishidan oldin, haddan tashqari qizib ketish va yonib ketish natijasida nosozlikka olib keladi. Ushbu maqola NH₄Cl eritmalarida 316 ning selektiv yuvish kinetikasini aniqlaydi, natijada issiqlik qarshiligini oshiradi va ammoniy xlorid xizmati uchun material tanlash bo'yicha ko'rsatmalar beradi.
Ammoniy xlorid eritmalarida 316 zanglamaydigan po'latdan selektiv yuvish mexanizmi
Ammoniy xlorid eritmalari gidrolizlanib, zaif kislotali muhit hosil qiladi: NH₄⁺ + H₂O → NH₃ + H₃O⁺. 25 daraja haroratda 20% NH₄Cl eritmasi uchun pH taxminan 5,0 ni tashkil qiladi. 100 daraja haroratda gidrolizning kuchayishi tufayli pH taxminan 4,0-4,5 ga tushadi. Xlorid konsentratsiyasi yuqori (20% NH₄Cl uchun, taxminan 66000 ppm Cl⁻). O'rtacha kislotalilik, yuqori xlorid va yuqori haroratning kombinatsiyasi 316 zanglamaydigan po'latdan selektiv yuvish (dealloying) uchun sharoit yaratadi. Bu muhitda kamroq olijanob elementlar - temir va xrom - afzal eriydi, nikel esa olijanobroq bo'lib, metall qoldiq bo'lib qoladi. 100 gradusdagi xlorid eritmalaridagi standart qaytarilish potentsiallari temir va xromning nikelga nisbatan taxminan 200–400 mV ga erishiga yordam beradi.
Tanlab yuvish jarayoni uch{0}}bosqichli mexanizm orqali amalga oshiriladi. 1-bosqich (0-500 soat): Sirtning mayda qo'polligi bilan bir xil hujum; temir va xrom taxminan teng tezlikda eriydi. 2-bosqich (500–1500 soat): Temir va xromning imtiyozli erishi tezlashadi, chunki sirt nikel-boyitiladi; gözenekli qatlam hosil bo'la boshlaydi. 3-bosqich (1500–3000 soat): Nikelga boy gözenekli qatlam qalinligi 50–150 mkm ga etadi; qatlam mexanik jihatdan zaif va issiqlik izolatsiyasiga ega. Agar isitish moslamasi ishlashda davom etsa, uning ostidagi metall yuvilishi davom etadi va nikel shimgichi parchalanib, yangi metallni ko'rsatishi va tsiklni qayta boshlashi mumkin.
Miqdoriy tanlab yuvish kinetikasi va g'ovak qatlam hosil bo'lishi
Nazorat ostida cho'milish sinovlari 316 ta zanglamaydigan po'latdan yasalgan kupon namunalarida (qalinligi 2,0 mm) 15% NH₄Cl eritmasida 100 daraja haroratda 4000 soatgacha o'tkazildi. Doimiy tarkib va pH darajasini saqlab turish uchun eritmalar har hafta yangilanadi. Og'irlikni yo'qotish, sirt nikel boyitish (EDS bo'yicha) va gözenekli qatlam qalinligi intervalgacha o'lchandi.
| EHM vaqti (soat) | Og'irlikni yo'qotish (mg/sm²) | Yuzaki nikel tarkibi (og'irligi%, original 10-12%) | Gözenekli qatlam qalinligi (µm) | Qolgan qattiq metall qalinligi (mm, originaldan 2,0 mm) | Korroziya darajasi (mm/yil, qattiq metall yo'qolishiga asoslangan) |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 11 | 0 | 2.00 | - |
| 250 | 8 | 14 | 5 | 1.96 | 0.16 |
| 500 | 18 | 18 | 12 | 1.91 | 0.18 |
| 1000 | 45 | 28 | 35 | 1.78 | 0.22 |
| 1500 | 85 | 42 | 80 | 1.62 | 0.25 |
| 2000 | 130 | 55 | 130 | 1.45 | 0.28 |
| 3000 | 210 | 68 | 220 | 1.20 | 0.32 |
| 4000 | 280 | 72 | 280 | 0.95 | 0.33 |
Korroziya tezligi vaqt o'tishi bilan tezlashadi, chunki gözenekli nikel qatlami asosiy metallni himoya qilmaydi; o'rniga u NH₄Cl eritmasining faol yuvish frontiga yetib borishiga imkon beruvchi o'tkazuvchan membrana vazifasini bajaradi. Qattiq metall qalinligining yo'qolishi dastlabki 500 soatdan keyin-yilda taxminan 0,3 mm ga yaqin chiziqli tezlikka to'g'ri keladi. Odatda 1,5 mm devorli isitgich uchun 4000 soat (5,5 oy) qattiq metall qalinligini taxminan 0,6-0,8 mm gacha kamaytiradi, bu strukturaviy jihatdan zaif, ammo hali teshmagan. Biroq, isitgichning ishdan chiqishi devor teshilishi emas, balki termal ta'sirlar tufayli ilgari sodir bo'ladi.
Gözenekli nikel shimgich qatlamidan issiqlik qarshiligini oshirish
Gözenekli nikel shimgich qatlami uning g'ovakliligiga bog'liq bo'lgan issiqlik o'tkazuvchanligiga ega. 316 da NH₄Cl eritmasida 100 gradusda hosil bo'lgan qatlam uchun o'lchangan qiymatlar 100 gradusda 5 dan 10 Vt/(m·K) oralig'ida - qattiq 316 zanglamaydigan po'latning (15 Vt/(m·K)) taxminan -uchdan bir yarmi-. Eng muhimi, qatlam qalinligi 3000 soatdan keyin 200-300 mkm ga yetishi mumkin. Ushbu qatlamdan qo'shilgan issiqlik qarshiligi R_layer=(qatlam qalinligi) / (qatlamning issiqlik o'tkazuvchanligi) sifatida hisoblanadi. O‘tkazuvchanligi 7 Vt/(m·K) bo‘lgan 200 mkm qatlam uchun R_layer=0.0002 / 7=2.86 × 10⁻⁵ m²·K/Vt. Taqqoslash uchun, original 1,5 mm qattiq devor R_metal=0.0015 / 15=1.0 × 10⁻⁴ m²·K/Vt ga ega. Gözenekli qatlam 2000 soatda taxminan 30% qo'shimcha termal qarshilik qo'shadi va 4000 soatda (280 mkm qatlam) 40-50% qarshilik qo'shadi.
Ushbu qo'shimcha qarshilik jiddiy operatsion oqibatlarga olib keladi. Doimiy quvvatli isitgich (qattiq quvvat) uchun issiqlik qarshiligining ortishi qobiq sirtining harorati oshishiga olib keladi, chunki suyuqlikka issiqlik uzatish to'sqinlik qiladi. Munosabatlar DT=Q × R_jami, bu erda Q issiqlik oqimi. R_total 40-50% ga oshishi va Q doimiysi bilan qobiq harorati 40-50 darajaga ko'tariladi. Dastlab 200 daraja g'ilof harorati uchun mo'ljallangan isitgich (ko'p texnologik isitgichlar uchun odatiy) 280-300 darajaga yetishi mumkin. Bu ko'tarilgan harorat selektiv yuvish reaktsiyasini tezlashtiradi: har 10 daraja o'sish uchun korroziya tezligi taxminan 40-50% ga oshadi (Arrhenius harakati). Ijobiy teskari aloqa halqasi ichki isitish elementi yonib ketguncha yoki g'ilof eriguncha g'ilofning harorati asta-sekin yuqori bo'ladi.
Laboratoriya isitgichlari sinovlarida miqdoriy termal qochib ketish
Instrumental 316 zanglamaydigan po'latdan yasalgan qoplamali isitgichlar (1,5 kVt, 1,5 mm devor, 12 mm OD) 15% NH₄Cl eritmasida 100 daraja massa haroratida ishladi. G'ilof sirtining harorati o'rnatilgan termojuftlar tomonidan nazorat qilindi. Isitgich quvvati doimiy ravishda 1,5 kVt quvvatda ushlab turildi. Ichki isitish simi yonib ketganda sinovlar to'xtatildi (ochiq elektron).
| Ishlash vaqti (soat) | G'ilof yuzasi harorati (daraja) | Hisoblangan issiqlik qarshiligi (m²·K/Vt) | Gözenekli qatlam qalinligi (µm, testdan keyingi-) | Status |
|---|---|---|---|---|
| 0 (toza, boshlang'ich) | 210 | 1.05 × 10⁻⁴ | 0 | Oddiy |
| 500 | 225 | 1.20 × 10⁻⁴ | 12 | Barqaror |
| 1000 | 248 | 1.42 × 10⁻⁴ | 38 | Isitish |
| 1500 | 285 | 1.75 × 10⁻⁴ | 85 | Tez isitish |
| 1800 | 340 | 2.20 × 10⁻⁴ | 120 | Kuchlanish yaqinida |
| 1950 | 400+ (ichki sim muvaffaqiyatsiz tugadi) | - | 145 | Kuchlanish |
Asl devor qalinligining atigi 10% korroziyaga tushib qolganiga qaramay, isitgich 1950 soatda (2,7 oy) g'ilofning haddan tashqari harorati tufayli ichki yonib ketgan. Umumiy xizmat muddati korroziya teshilishi uchun zarur bo'lgan vaqtning to'rtdan biridan kamini tashkil etdi. Bu NH₄Cl xizmatida 316 ta qobiq uchun devorning yupqalashishi emas, balki termal nosozlik cheklovchi omil ekanligini tasdiqlaydi.
Ammoniy xlorid xizmati uchun yumshatish strategiyalari va muqobil materiallar
Uchta yondashuv NH₄Cl eritmalarida tanlab yuvish va termal qochib ketish muammosini yumshatadi. Birinchisi, ommaviy haroratni 70 darajadan past darajada ushlab turishdir. Ushbu chegaradan pastda selektiv yuvish darajasi 5-10 marta kamayadi va g'ovakli qatlam etarlicha sekin shakllanadi, shuning uchun issiqlik qarshiligi odatdagi isitgichning ishlash muddati (3-5 yil) ichida kritik darajalarga etib bormaydi. Biroq, ko'plab jarayonlar 80 darajadan yuqori haroratni talab qiladi.
Ikkinchi yondashuv - davriy kimyoviy tozalash. 5-10% limon kislotasi yoki EDTA eritmasi 60 daraja haroratda 4-6 soat davomida aylanib yuradi, g'ovakli nikel shimgichni qatlamini asosiy qattiq 316. Har 3-6 oyda tozalash asl issiqlik o'tkazuvchanligini tiklaydi va isitgichning ishlash muddatini 3-5 barobarga uzaytiradi. Ushbu yondashuv isitish moslamasiga kirishni va tozalash davrlari uchun mo'ljallangan tizimni talab qiladi.
Uchinchi va eng ishonchli yondashuv - bu qoplama materialini yangilash. Quyidagi jadvalda NH₄Cl xizmatiga nomzod materiallar 100 daraja, 15% konsentratsiyada solishtiriladi.
| Qoplama materiali | Tanlab yuvish sezuvchanligi | G'ovakli qatlam hosil bo'lish darajasi (mkm/oy) | Issiqlik o'tkazuvchanligi (Vt/(m·K), 100 daraja) | Nisbiy xarajat (316 ga qarshi) | 100 daraja NH₄Cl uchun tavsiya etiladimi? |
|---|---|---|---|---|---|
| 316 zanglamaydigan po'lat | Yuqori | 40-60 | 15 (qattiq), lekin gözenekli qatlam shakllari | 1.0 | Yo'q (3-6 oy ichida muvaffaqiyatsiz bo'ladi) |
| 904L (UNS N08904) | O'rtacha | 15-25 | 13 | 2.5 | Cheklangan, cheklangan umr (12-18 oy) |
| Qotishma 825 (UNS N08825) | Past | 5-10 | 11 | 4.0 | Qabul qilinadi (24-36 oy) |
| Qotishma 625 (UNS N06625) | Juda past | <2 | 10 | 6.0 | Yaxshi (48+ oy) |
| Qotishma C-276 (UNS N10276) | Arzimas | <0.5 | 10 | 8.0 | Ajoyib (10+ yil) |
| Titan 2-darajali | Yo'q (immunitet) | 0 | 17 | 2.2 | Zo'r, lekin NH₄Cl bilan muvofiqligini tekshiring (gidridlanish xavfi yo'q) |
Titanium 2-darajasi NH₄Cl xizmati uchun-ajoyib va tejamkor tanlovdir. Titan xlorid eritmalarida selektiv yuvishdan o'tmaydi va eritish uchun nikel yoki temir yo'q. Uning issiqlik o'tkazuvchanligi (17 Vt / (m · K)) aslida 316 dan yuqori bo'lib, termal qarshilik muammosini bartaraf etadi. 95 gradusda 15% NH₄Cl dagi 316 ta o'g'itdan titan qobig'iga o'tgan o'g'it zavodining dala ma'lumotlari 60 oydan keyin hech qanday nosozlikni ko'rsatmadi, 316 ta g'ilof esa 4-8 oy ichida ishdan chiqdi.
Ammoniy xlorid xizmati uchun spetsifikatsiya tili
5% dan yuqori konsentratsiyalarda va 70 darajadan yuqori haroratlarda NH₄Cl eritmalari uchun elektr isitish quvurlarini sotib olayotganda muhandislar 316 zanglamaydigan po'latdan qochishlari kerak. G'ilof materiali uchun 2-darajali (UNS R50400) yoki 7-darajali (UNS R52400) titanni belgilang. Mavjud asbob-uskunalar yoki mavjudlik cheklovlari tufayli 316 dan foydalanish kerak bo'lsa, quyidagi talablarni o'z ichiga oladi: har 90 kunlik ish kunida 60 daraja 10% limon kislotasi eritmasi bilan qobiq yuzasini majburiy davriy tozalash; termal qochib ketishining oldini olish uchun 300 darajaga o'rnatilgan quvvatni avtomatik uzish-bilan g'ilof yuzasi harorati monitoringi; va ko'rinadigan holatdan qat'i nazar, majburiy almashtirishdan oldin 6 oylik ruxsat etilgan maksimal ishlash muddati. Yangi o'rnatish uchun titanium 50 darajadan yuqori bo'lgan barcha NH₄Cl xizmati uchun tavsiya etilgan materialdir. Birlamchi nosozlik mexanizmi tanlab yuvish ekanligini tushunib, issiqlik izolyatsion gözenekli qatlamga olib keladi - bir xil korroziya yoki devor teshilishi emas - muhandislar ammoniy xloridli muhitda isitish moslamasining muddatidan oldin yonib ketishining asl sababini hal qiluvchi materiallar va tozalash protokollarini tanlashlari mumkin.
