Għaliex Ħajt Oħxon (2.0 mm) tat-Titanju Jipprovdi Protezzjoni Aħjar Kontra Perossidu-Ksur Fraġli Indott Minn Ħajt Irqiq (1.0 mm)?

Pereżempju, fi proċess ta 'ibbliċjar, sintesi kimika jew trattament tad-drenaġġ, inġinier tal-proċess li jħaddem heater ta' immersjoni tat-titanju f'soluzzjoni li jkun fiha perossidu tal-idroġenu (H2O2) għandu jevalwa l-periklu ta 'ksur fraġli indott mill-perossidu bħala fattur sinifikanti tad-disinn. Fuq uċuħ tat-titanju, il-perossidu tal-idroġenu jiddekomponi biex jagħti ossiġnu atomiku u, taħt ċerti kundizzjonijiet, idroġenu atomiku. L-idroġenu jinfirex fil-kannizzata tat-titanju u jifforma idrur tat-titanju fraġli (TiHx). Ħajt eħxen (2.0 mm) joffri protezzjoni superjuri kontra l-idrur-ksur fraġli indott minn ħajt irqiq (1.0 mm) permezz ta 'żewġ mekkaniżmi: distanza ta' diffużjoni itwal biex l-idroġenu jilħaq konċentrazzjoni kritika u ħxuna tal-ħajt akbar li jifdal wara l-produzzjoni tal-idrur tal-wiċċ. Studji kwantitattivi jindikaw li ħajt ta '2.0 mm se jiflaħ assorbiment ta' idroġenu 4-8 darbiet ogħla qabel ma jseħħ ksur fraġli meta mqabbel ma 'ħajt ta' 1.0 mm, u jestendi l-ħajja tas-servizz b'fattur ta '3-6 f'servizz tal-perossidu.

Mekkaniżmu ta' assorbiment tal-idroġenu indott-perossidu fit-titanju
Titanium surfaces catalyze the exothermic decomposition of hydrogen peroxide . 2H2O2 ->2H2O + O2. Dan it-tqassim joħloq ambjent ossidanti ħafna li normalment jistabbilizza l-film passiv TiO2. Madankollu, f'żoni lokalizzati fejn il-konċentrazzjoni tal-perossidu hija għolja jew it-temperatura hija 'l fuq minn 60 grad isseħħ reazzjoni sekondarja: H2O2 + 2H+ + 2e{- → 2H2O (tnaqqis katodiku) li jista' jagħti idroġenu atomiku bħala intermedjarju. L-idroġenu atomiku jiġi assorbit fil-kannizzata tat-titanju aktar milli jirrikombina bħala gass H₂. Ladarba ġewwa t-titanju, l-idroġenu jinfirex għal żoni ta 'tensjoni tat-tensjoni (ġeneralment il-wiċċ ta' barra waqt iċ-ċikliżmu tat-temperatura). Il-preċipitazzjoni tal-idrur tat-titanju (TiH2) isseħħ meta l-konċentrazzjoni tal-idroġenu lokali taqbeż madwar 150 parti għal kull miljun bil-piż (150 ppmw). Il-plejtlits tal-idrur huma fraġli, u jagħtu lok għal espansjoni tal-volum ta 'madwar 17%, u joħolqu stress interni li jaġixxu biex jinduċu xquq. Il-ksur huwa rapidu u sever, bi ftit twissija.

Il-kwantifikazzjoni tal-effett tal-ħxuna tal-ħajt fuq ir-reżistenza għall-ksur tal-idrur
Ħxuna tal-ħajt (mm) Ħin biex tinkiseb konċentrazzjoni kritika tal-H (150 ppmw) fil-wiċċ (xhur) Konċentrazzjoni Kritika tal-Ħ tan-nofs tal-ħajt (ppm w) Meta l-wiċċ Jilħaq 150 ppmw Ħin biex tgħaddi-Wall Hydride Cracking (xhur) Ħajja Relattiva 1.0 3 120 4-5 1.0x 1.2 4 100 6-7 1.5x 1.2 4 100 6-7 1.5x 1.2 4 100 6-7 1.5x2.0 9 55 15-20 4.0x1.7 7 70 11-14 2.8x1.7 7 70 11-14 2.8x
Ħajt ta '2.0 mm jagħti kważi 4 darbiet il-ħajja ta' ħajt ta '1.0 mm fl-istess trattament ta' perossidu. Fil-ħajt eħxen, l-idroġenu jieħu aktar żmien biex jinfirex mal-ħajt tan-nofs biex tinkiseb konċentrazzjoni kritika u ladarba l-formazzjoni tal-idrur tibda l-ħajt eħxen għandu wkoll aktar stabbiltà strutturali.

Gwida Ibbażata fuq Xenarju għall-Għażla tal-Ħxuna tal-Ħitan tas-Servizz tal-Perossidu
Temperatura u Konċentrazzjoni tal-PerossiduRata ta' Dekompożizzjoni H2O2 Ħxuna tal-ħajt Rakkomandata Modalità ta' Ħsara tal-Ħajja Mistennija
1–5% H₂O₂, 40 grad (ibbliċjar, periklu baxx)1.5 mm < 5-8 snin Korrużjoni uniformi (mhux idrur)
5–15% H₂O₂, 50 grad (riskju moderat) Medju 1.5–2.0 mm 3–5 snin Idrur fiż-żoni tal-weldjatura l-ewwel 15–30% H₂O₂, 60 grad (riskju għoli) Għoli 2.0–2.5 mm 1.5–3 snin, qsim multiplu H₂O₂, > 60 grad Għoli ħafna Mhux rakkomandat<1 yearUse Tantalum Equipment or PTFE Lined
Espożizzjoni intermittenti (proċedura tal-lott) Kumulattiv aktar baxx 1.5 mm 2-4 snin Aċċettabbli Idrur sinerġistiku + ċikliżmu termali
H2O2 (purità għolja, stabbilizzat bil-fosfat) Stabbilizzatur maqtugħ 1.5 mm 4-6 snin Stabbilizzaturi jnaqqsu t-tqassim u l-assorbiment tal-idroġenu
Perossidu + klorur (l-agħar każ] Minimu sinerġistiku 2.5 mm 1-2 snin Pitting klorur kombinat + qsim tal-idrur
Mitigazzjonijiet tal-Inġinerija għas-Servizz tal-Perossidu
Għas-servizz tal-perossidu b'titanju b'ħitan-oħxon, diversi passi żejda jestendu aktar il-ħajja. L-aħjar mod huwa li tkessaħ il-wiċċ tat-titanju. Ir-rata ta 'assorbiment ta' idroġenu titnaqqas b'madwar 40 sa 50 fil-mija għal kull tnaqqis ta '10 gradi fit-temperatura tal-għant. It-tħaddim f'50 grad minflok 70 grad iżid il-ħajja 3-4 darbiet. Approċċ ieħor huwa li żżid stabilizzaturi tal-perossidu (stannat tas-sodju, pirofosfat tas-sodju jew aċidi fosfoniċi) mas-soluzzjoni. Stabbilizzaturi jipprevjenu t-tqassim katalitiku ta 'H2O2 fuq il-wiċċ tat-titanju, inaqqsu l-evoluzzjoni tal-ossiġnu u l-assorbiment tal-idroġenu. Ir-rati ta 'assorbiment ta' l-idroġenu minn soluzzjonijiet ta 'perossidu stabbilizzat huma 70-90% inqas minn minn soluzzjonijiet mhux stabbilizzati. It-tielet miżura hija li tittempra l-heater tat-titanju perjodikament. Il-heater jissaħħan sa 400 grad fil-vakwu għal 4 sigħat. Dan ikeċċi l-idroġenu assorbit u d-duttilità tiġi restawrata. Tista 'tagħmel dan il-metodu darba fis-sena, u effettivament reset il-konċentrazzjoni ta' idroġenu għal kważi żero.

Konklużjoni: Ħajt ta' 2.0 mm jagħti 4x Life v. 1.0 mm fis-Servizz tal-Perossidu
Il-ħajt tat-titanju eħxen (2.0 mm) joffri protezzjoni superjuri kontra l-ksur fraġli indott mill-perossidu-meta mqabbel mal-ħajt irqaq (1.0 mm) minħabba li l-idroġenu jeħtieġ żmien konsiderevolment itwal biex jinfirex permezz tas-sezzjoni eħxen u jilħaq konċentrazzjoni kritika fin-nofs tal-ħajt. Ħajt ta' 1.0 mm jinqasam f'4-5 xhur mill-fraġilità tal-idrur f'10-15% H2O2 f'60 grad, filwaqt li ħajt ta' 2.0 mm idum 15-20 xahar-estensjoni tal-ħajja 4×. It-titanju mhuwiex ssuġġerit għal konċentrazzjonijiet akbar ta 'perossidu (aktar minn 30%) u temperaturi ('il fuq minn 70 grad) irrispettivament mill-ħxuna tal-ħajt. Meta tispeċifika heater tat-titanju għal kwalunkwe servizz li fih il-perossidu, il-konċentrazzjoni tal-perossidu, it-temperatura, il-preżenza ta 'stabilizzaturi, u n-numru mistenni ta' sigħat ta 'tħaddim kuljum għandhom jiġu pprovduti lill-fornitur biex jiffaċilita l-għażla ta' ħxuna xierqa tal-ħajt li tibbilanċja l-ispiża kontra l-ħajja tal-ksur tal-idrur previst.