Екстремната среда
Декапирането със смесена азотна -флуороводородна киселина при 90 градуса представлява една от най-агресивните среди в промишлената химическа обработка. Разтворът -обикновено 10-20% HNO₃ и 2-5% HF комбинира силната окислителна способност на азотната киселина с уникалната способност на флуоридния йон да образува комплекс и да разтваря защитните оксидни филми върху металите.
Тантал-2,5% волфрамова сплав (Ta-2,5W) е най-устойчивият на корозия метален материал, предлаган в търговската мрежа за тази услуга. Чистият тантал вече проявява изключителна устойчивост; добавянето на волфрам укрепва сплавта и допълнително повишава устойчивостта на флуоридна атака чрез ефекти на твърд разтвор върху пасивния филм.
PTFE е устойчив на двете киселини поотделно и на тяхната комбинация. Няма пасивен филм за атака. Няма метални атоми, които да образуват комплекс от флуорид. Сравнението между най-устойчивия метал и инертния полимер в тази екстремна среда осветява основните граници на защитата от метална корозия.
Танталният пасивен филм под атака на флуорид
Танталът е устойчив на смесен HNO₃-HF чрез пасивен филм Ta₂O₅, който е един от най-химически устойчивите известни оксиди. Филмът е стабилен в азотна киселина в целия диапазон на концентрация и температура. В присъствието на флуоридни йони филмът претърпява бавна реакция на разтваряне:
Ta₂O₅ + 14HF → 2TaF₇²⁻ + 5H₂O + 4H⁺
Тантал-флуоридният комплекс е разтворим. Филмът се разтваря. Подлежащият метал тантал реагира с азотната киселина, която ре-окислява повърхността и реформира пасивния филм. Крайният резултат е непрекъсната, бавна загуба на тантал-корозионна скорост, която зависи от концентрацията на HF, температурата и съотношението HNO3/HF.
Добавянето на волфрам към Ta-2,5W променя това поведение. Волфрамовите атоми, включени в пасивния филм, променят електронната му структура, което го прави по-устойчив на флуоридна атака. Скоростта на корозия на Ta-2,5W в смес HNO3-HF е приблизително 30-50% по-ниска от чистия тантал при същите условия. Това е значително подобрение, но това е намаляване на скоростта, а не премахване на механизма.
| Корозионен параметър | Тантал (чист) | Тантал-2.5W | PTFE |
|---|---|---|---|
| Механизъм за защита от корозия | Ta₂O₅ пасивен филм | W{0}}модифициран Ta₂O₅ пасивен филм | Присъща стабилност на C-F връзката |
| Скорост на корозия в 15% HNO₃ + 3% HF при 90 градуса (mm/година) | 0.02-0.08 | 0.01-0.05 | 0 |
| Скорост на корозия, ако HF се увеличи до 5% (mm/година) | 0.05-0.15 | 0.03-0.10 | 0 |
| Чувствителност към съотношението HNO3/HF | Висока (стабилността на филма зависи от баланса окислител/флуорид) | Умерен | Няма |
| Чувствителност към температура | Висок (скорост се удвоява приблизително на 15 градуса) | високо | Няма (под 260 градуса) |
| Корозия на заваръчната зона | Възможна преференциална атака | Намалено, но не премахнато | N/A (без заварки) |
| Разходи за материали (относителни) | 40-60× | 50-80× | 1× |
Коефициентът на температурно ускорение
Скоростта на корозия на тантала в-съдържащи флуорид разтвори е силно-зависима от температурата. Скоростта се удвоява приблизително за всеки 15 градуса увеличение. При 60 градуса топлообменник Ta-2.5W може да служи 5-8 години. При 90 градуса експлоатационният живот може да се съкрати до 2-3 години. При 110 градуса може да се наложи смяна в рамките на 12-18 месеца.
Степента на корозия на PTFE е нула при трите температури. Експлоатационният живот на топлообменника се определя от механичното пълзене от налягането на парата, а не от химическо въздействие. При 90 градуса, с подходящ контрол на налягането на парата, PTFE осигурява 15+ години експлоатационен живот-5-7 пъти по-дълъг от Ta-2,5W.
Уязвимостта на екскурзията
Съотношението HNO3/HF във ваните за ецване варира по време на работа. Влачането-на вода за изплакване на детайла разрежда ваната. Добавянето на киселина за възстановяване на концентрацията може да се направи с леко отклонение от-съотношенията на спецификацията. Загубите от изпарение променят състава. Тези вариации променят баланса окислител/флуорид, на който танталът разчита, за да поддържа пасивния си филм.
Период на ниско съотношение HNO₃/HF-от грешка при добавяне на киселина например-може да отстрани пасивния филм от тантал по-бързо, отколкото наличната азотна киселина може да го преобразува. Получената активна корозия продължава, докато киселинното съотношение се коригира. Повредата от едно пътуване може да се равнява на месеци нормална експлоатационна корозия.
PTFE няма чувствителност към киселинното съотношение. Изкривяване на съотношението от всякаква величина оставя материала непроменен. Тази устойчивост на отклонение е също толкова ценна, колкото стабилната -скорост на корозия при определяне на практическия експлоатационен живот.
Резюме
PTFE топлообменниците са безусловно устойчиви на смесен HNO₃-HF ецване при 90 градуса, докато танталът-2,5% волфрамова сплав-най-устойчивият търговски метал за тази услуга-корозира при 0,01-0,05 mm/година чрез пасивно разтваряне на филма от флуорид. Скоростта на корозия се ускорява с температурата и е чувствителна към съотношението HNO3/HF. PTFE осигурява 5-7 пъти по-дълъг експлоатационен живот, елиминира чувствителността към отклонения в процеса и струва малка част от огнеупорната сплав. При смесено HNO₃-HF обслужване в температурните граници на PTFE, PTFE е най-добрият избор.
Инженерна поддръжка за спецификация на PTFE топлообменник при смесено киселинно ецване е достъпна при подаване на киселинни концентрации, нормални и екскурзионни температурни диапазони и текущи данни за експлоатационния живот на оборудването.
