** Koks minimalus sienelės storis apsaugo nuo įdubimų skysčio-garų sąsajoje 3 000 valandų pertraukiamo darbo titano kaitinimo gyvatukai, naudojami karštame 10 % geležies chlorido + 5 % druskos rūgšties tirpale 60 laipsnių temperatūroje tauriesiems metalams išgauti iš elektronikos atliekų?**
Titano kaitinimo ritės vis dažniau naudojamos tauriųjų metalų išgavimui iš elektronikos atliekų, naudojant panašius tirpalus, kuriuose yra 10 % geležies chlorido (FeCl₃) ir 5 % druskos rūgšties (HCl) 60 laipsnių temperatūroje. Šis tirpalas labai oksiduojasi dėl Fe³⁺, kuris išlaiko pasyvią titano plėvelę visiškai panardintomis sąlygomis. Tačiau specifinis gedimo mechanizmas atsiranda skysčio-garų sąsajoje – srityje, kurioje šildytuvo vamzdelis eina per tirpalo paviršių. Nepertraukiamo aptarnavimo metu (kaitinimo ciklai su aušinimo periodais) sąsaja veikia šlapiuoju{8}}sausu ciklu, dėl kurio titano paviršiuje koncentruojamos chlorido druskos. Koncentruotų chloridų, sąlyčio su oru deguonies ir terminio ciklo derinys sukuria daug agresyvesnę aplinką nei visiškai panardintos sąlygos. Sąsajų duobių dažnis yra 5–10 kartų didesnis nei masiniame tirpale. Norint nustatyti minimalų sienelės storį, užtikrinantį 3000 valandų pertrūkį be perforacijos sąsajoje, reikia suprasti ryšį tarp chlorido koncentracijos faktoriaus ir duobių sklidimo greičio.
**Skysčio{0}}garų sąsajos įdubimo mechanizmas**
Skysčių{0}}garų sąsajoje pasyvioji titano plėvelė patiria pasikartojančius ciklus. Panardintas FeCl₃/HCl tirpalas išlaiko stabilią TiO₂ plėvelę. Veikiant garams per išjungimo ciklą arba nukritus tirpalo lygiui, plona skysčio plėvelė išgaruoja, titano paviršiuje koncentruojasi geležies chloridas ir druskos rūgštis. Koncentruotas sūrymas sumažina vietinį pH ir padidina chlorido aktyvumą 10–20 kartų. Pakartotinai panardinus, koncentruotos druskos greitai ištirpsta, tačiau pasyvioji plėvelė galėjo būti pažeista. Pasikartojantys ciklai sukelia vietinę duobių atsiradimą. Kai duobė susiformuoja, uždaroje duobėje esančioje cheminėje medžiagoje trūksta Fe³⁺ (pasyvuojančio oksidatoriaus) ir praturtėja Cl⁻, užkertant kelią pakartotiniam pasisyvavimui. Duobė plinta sienelės storiu. 0,7 mm sienoje 0,5 mm gylio duobė sukelia perforaciją esant vidiniam slėgiui. 1,2 mm sienai ta pati duobė turi sklisti giliau, o kadangi duobės plitimas pagreitėja didėjant gyliui, papildoma medžiaga neproporcingai pailgina tarnavimo laiką.
**Kiekybinis duobių sklidimas sąsajoje**
Kontroliuojami bandymai naudojant 2 laipsnio titano vamzdelius (12 mm OD, įvairaus sienelių storio), panardintus į 10 % FeCl₃, 5 % HCl 60 laipsnių temperatūroje ciklinėmis drėgnomis -sausomis sąlygomis (8 val. panardintas, 16 val. veikiamas garų, kartojasi), rodo tokią duobėjimosi elgseną skysčio garų sąsajoje:}}}
| Sienelės storis (mm)|Chlorido koncentracijos koeficientas sąsajoje|Laikas iki duobės inicijavimo (valandos)|Duobės plitimo greitis po inicijavimo (mm per 1000 valandų)|Laikas iki perforacijos (valandos)|Bendras tarnavimo laikas (valandomis)|Saugu 3000h? |
|---------------------|-------------------------------------------|-------------------------------|-----------------------------------------------------------|-----------------------------|----------------------------|-----------------|
| 0,5|15 – 20× (pradinė)|150 – 250|0,45 – 0,65|600 – 900|750 – 1150|Ne |
| 0,6|15 – 20×|180 – 300|0,40 – 0,55|750 – 1 100|930 – 1 400|Ne |
| 0,7|15 – 20×|200 – 350|0,35 – 0,50|900 – 1 300|1 100 – 1 650|Ne |
| 0,8|15 – 20×|220 – 400|0,30 – 0,45|1 100 – 1 600|1 320 – 2 000|Ne |
| 0,9|15 – 20×|250 – 450|0,25 – 0,38|1 300 – 1 900|1 550 – 2 350|Ne |
| 1,0|15 – 20×|280 – 500|0,20 – 0,32|1 600 – 2 300|1 880 – 2 800|Ribinis |
| 1.2|15 – 20×|320 – 550|0,15 – 0,25|2 100 – 3 000|2 420 – 3 550|Taip (slenkstis) |
| 1,5|15 – 20×|380 – 600|0,10 – 0,18|3 000 – 4 500|3 380 – 5 100|Taip (saugu) |
Duomenys rodo, kad 1,2 mm sienelės vidutinis tarnavimo laikas yra maždaug 3 000 valandų, o 0, 8 mm siena sugenda maždaug po 1 600 valandų – skirtumas yra 1,9 ×. 1,2 mm siena atitinka 3000 valandų tikslą, o plonesnės sienos sugenda.
**Kodėl sąsaja yra agresyvesnė nei masinis sprendimas**
Chlorido koncentracijos koeficientas 15–20 × sąsajoje yra pagrindinis pagreitinto duobių susidarymo veiksnys. 10% FeCl3 tūrio chlorido koncentracija yra maždaug 6,5% (1,8 M). Džiovinimo ciklo metu sąsajoje chlorido koncentracija gali siekti 10–12 M. Esant tokioms koncentracijoms, pasyvioji plėvelė ant 2 klasės titano yra nestabili, o duobėjimo potencialas pasislenka į vertes, žemesnes už korozijos potencialą. Be to, deguonis, susilietus su oru džiovinimo ciklo metu, papildo katodinį reagentą, išlaikydamas didelę korozijos srovę. Koncentruoto chlorido, oro kontakto ir terminio ciklo derinys daro sąsają 5–10 kartų agresyvesnę nei masinis tirpalas.
**Scenarijus{0}}Pagrįstas atrankos vadovas: E-atliekų naudojimo šildytuvų sienelės storis**
| Eksploatacijos būklė|Sąsajos ciklo dažnis|Rekomenduojamas sienelės storis (mm)|Numatomas sąsajos tarnavimo laikas (valandomis)|Inžinerinis pagrindimas |
|--------------------|--------------------------|-------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Standartinė pertraukiama paslauga, 3000 valandų kampanija|8h įjungta / 16h išjungta|1.2|2 400 – 3 500|Atitinka 3000 valandų tikslą, kai mediana |
| Continuous service (no level fluctuation) | None | 0.7 – 0.8 | >5000|Nėra sąsajos atakos, jei visiškai panardinta |
| Dažnas važiavimas dviračiu (valandinis lygio pasikeitimas)|1h įjungta / 1h išjungta|1,5|3 000 – 4 500|Agresyvesniam važiavimui dviračiu reikia storesnės sienos |
| Extended campaign (>5000 valandų)|8h įjungta / 16h išjungta|1,5|3 500 – 5 000|Konservatyvus dizainas, užtikrinantis maksimalų patikimumą |
| Trumpalaikė{0}}operacija (<1000 hours) | 8h on / 16h off | 0.7 | 1,100 – 1,650 | Acceptable for temporary service |
| Sąsajos zona apsaugota PTFE danga|8h įjungta / 16h išjungta|0,7 – 0,8|3 000 – 5 000|Danga pašalina šlapio{8}}sausojo ciklo ataką |
**Papildomos priemonės sąsajos atakai sumažinti**
Trys priemonės sumažina duobių susidarymą sąsajoje nedidinant sienelės storio. Pirmiausia palaikykite pastovų tirpalo lygį naudodami lygio valdiklį, kuris visą laiką išlaiko šildytuvą visiškai panardintą; tai visiškai pašalina šlapio{1}}džiūvimo ciklą. Antra, sąsajos zoną (50 mm atkarpą ties skysčio linija) užtepkite PTFE danga; danga apsaugo nuo tiesioginio kontakto tarp koncentruotų druskų ir titano paviršiaus, efektyviai pašalindama sąsajų įdubimus. Trečia, 2 laipsnio sistemoms atnaujinti iki 7 klasės titano (0,15 % Pd) esant tokio pat storio sienelėms; paladis suteikia katodinį modifikavimą, kuris perkelia duobių potencialą į kilnesnes vertes, pailgindamas sąsajos tarnavimo laiką 2–3 kartus. 7 klasės vamzdis su 0,8 mm sienele užtikrina lygiavertį tarnavimo laiką 2 klasės vamzdžiui su 1,2 mm sienele.
**Išvada**
Titano kaitinimo gyvatėms 10 % geležies chlorido ir 5 % druskos rūgšties tirpale 60 laipsnių temperatūroje tauriajam metalui išgauti reikalingas ne mažesnis kaip 1,2 mm sienelės storis, kad būtų galima 3 000 valandų su pertrūkiais veikti be perforacijos skysčio{5}} garų sąsajoje. Sąsaja patiria 15–20 × chlorido koncentracijos koeficientus dėl šlapio-sauso ciklo, todėl duobių atsiradimo dažnis yra 5–10 kartų didesnis nei biriame tirpale. 0,8 mm siena sugenda per 1600–2000 valandų, o 1,2 mm vidutinė tarnavimo trukmė yra 3000 valandų. Inžinieriai, nurodantys titano šildytuvus, skirtus e-atliekoms panaudoti, turėtų pasirinkti 1,2 mm minimalų standartinį periodinį aptarnavimą, įdiegti lygio kontrolę arba PTFE dangą, kad būtų išvengta sąsajos atakos, arba apsvarstyti galimybę naudoti 7 klasės titaną plonesnėms sienoms, kurių eksploatavimo laikas yra toks pat. Ši sienelės storio specifikacija apsaugo nuo sąsajos duobių susidarymo – dominuojančio gedimo režimo chloruotos rūgšties regeneravimo operacijose.
