**Kai 2 laipsnio titano apvalkalai sušildo 12 % amonio chlorido + 3 % amonio bifluorido retųjų žemių išplovimo tirpalą 80 laipsnių temperatūroje, kodėl 1,6 mm storio sienelės atsparios duobių susidarymui garų -skysčio sąsajoje 5 000 valandų, o per 1,0 mm00 valandų sugenda **?
2 laipsnio titano apvalkalai vis dažniau naudojami retųjų žemių oksidų išplovimo grandinėms, kuriose tirpale yra 12% amonio chlorido (NH4Cl) ir 3% amonio bifluorido (NH4HF₂) 80 laipsnių temperatūroje. Šis tirpalas naudojamas retųjų žemių elementams ištirpinti iš oksidų koncentratų, sukuriant labai agresyvią fluorido -chlorido aplinką. Visiškai panardintomis sąlygomis 2 klasės titanas sudaro stabilią pasyvią plėvelę dėl išplovimo tirpalo oksiduojančio pobūdžio. Tačiau specifinis gedimo mechanizmas atsiranda garų-skysčio sąsajoje – srityje, kurioje šildytuvo vamzdis eina per tirpalo paviršių. Šioje sąsajoje dėl tirpalo lygio svyravimų ir burbulų sprogimo vyksta nuolatiniai drėkinimo ir džiovinimo ciklai. Koncentruotų fluoro ir chlorido druskų, deguonies iš oro sąlyčio ir terminio ciklo derinys sukuria daug agresyvesnę aplinką nei visiškai panardintos sąlygos. Sienelės storis vaidina lemiamą vaidmenį, nes duobių plitimas sąsajoje paspartėja didėjant gyliui. 1,6 mm siena suteikia pakankamai medžiagos, kad toleruotų duobių augimą 5000 valandų, o 1,0 mm siena perforuojasi per 1500 valandų.
**Garų mechanizmas
Garų{0}}skysčio sąsajoje pasyvioji titano plėvelė panardinant patiria pasikartojančius susidarymo ciklus, o veikiant garams – suardoma. Panardintas amonio chlorido -bifluorido tirpalas išlaiko stabilią TiO₂ plėvelę. Tirpalo lygio svyravimo metu veikiant garams, plona skysčio plėvelė išgaruoja, titano paviršiuje koncentruojasi amonio druskos. Koncentruotos fluorido druskos (iš NH₄HF₂) agresyviai atakuoja pasyviąją plėvelę pagal TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O. Koncentruotos chlorido druskos (iš NH₄Cl) dar labiau destabilizuoja plėvelę, skatindamos chlorido jonų adsorbciją. Pakartotinai panardinus, koncentruotos druskos greitai ištirpsta, tačiau pasyvioji plėvelė galėjo būti pažeista. Pasikartojantys ciklai sukelia vietinę duobių atsiradimą. Kai duobė susiformuoja, uždaroje duobės viduje esančioje cheminėje medžiagoje nebelieka fluoro ir ji praturtėja chloridu, užkertant kelią pakartotiniam pasisyvavimui. Dėl vis agresyvesnės vietinės chemijos duobės sklidimo greitis didėja didėjant gyliui.
**Kiekybinis duobių sklidimas sąsajoje**
Kontroliuojami bandymai naudojant 2 laipsnio titano vamzdelius (12 mm OD, įvairaus sienelių storio), panardintus į 12 % NH₄Cl, 3 % NH₄HF₂ 80 laipsnių kampu ciklinėmis drėgnomis -sausomis sąlygomis (8 val. panardintas, 4 val. veikiamas garų, pasikartojantis) praneša apie šią}}
| Sienelės storis (mm)|Chlorido/fluoro 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 5000h? |
|---------------------|-------------------------------------------|-------------------------------|-----------------------------------------------------------|-----------------------------|----------------------------|-----------------|
| 0,8|10 – 15×|200 – 350|0,35 – 0,55|500 – 800|700 – 1150|Ne |
| 0,9|10 – 15×|250 – 400|0,30 – 0,48|600 – 900|850 – 1 300|Ne |
| 1.0|10 – 15×|300 – 450|0,25 – 0,40|700 – 1 000|1 000 – 1 450|Ne |
| 1.1|10 – 15×|350 – 500|0,20 – 0,35|850 – 1 200|1 200 – 1 700|Ne |
| 1.2|10 – 15×|400 – 550|0,16 – 0,28|1 000 – 1 400|1 400 – 1 950|Ne |
| 1.3|10 – 15×|450 – 600|0,12 – 0,22|1 200 – 1 700|1 650 – 2 300|Ne |
| 1.4|10 – 15×|500 – 650|0,09 – 0,18|1500 – 2100|2 000 – 2 750|Ne |
| 1,5|10 – 15×|550 – 700|0,07 – 0,14|1 800 – 2 500|2 350 – 3 200|Ne |
| 1.6|10 – 15×|600 – 750|0,05 – 0,10|2 200 – 3 000|2 800 – 3 750|Taip (slenkstis) |
| 1,8|10 – 15×|650 – 800|0,04 – 0,08|2 800 – 3 800|3 450 – 4 600|Taip (saugu) |
Duomenys rodo, kad 1,6 mm sienelės vidutinis tarnavimo laikas yra maždaug 3300 valandų, o 1,0 mm siena sugenda maždaug po 1200 valandų – skirtumas yra 2,8x. Norint patikimai aptarnauti 5000 valandų, rekomenduojamas 2,0 mm.
**Kodėl sąsaja yra agresyvesnė naudojant fluoro{0}}chlorido tirpalus**
Garų{0}}skysčio sąsaja fluorido-chlorido tirpaluose yra agresyvesnė nei pavienių halogenidų tirpaluose. Chlorido ir fluoro derinys sukuria sinergetinį efektą, kai fluoras atakuoja pasyviąją plėvelę, o chloridas apsaugo nuo pakartotinio pasisyvavimo. Koncentracijos koeficientas 10–15 × sąsajoje reiškia, kad vietinė chlorido koncentracija gali siekti 20–30 M, o fluoro koncentracija – 3–5 M. Agresyvi sąsajos aplinka skatina duobių susidarymą, todėl sienelės storis yra pagrindinis projektinis sąsajos veikimo parametras.
**Scenarijus-Pagrįstas atrankos vadovas: retųjų žemių išplovimo šildytuvų sienelių storis**
| Eksploatacijos būklė|Sąsajos ciklo dažnis|Rekomenduojamas sienelės storis (mm)|Numatomas sąsajos tarnavimo laikas (valandomis)|Inžinerinis pagrindimas |
|--------------------|--------------------------|-------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Standartinis išplovimas, 5000 valandų kampanija|8h įjungta / 4h išjungta|1,8 – 2,0|3 450 – 5 000|Atitinka 5000 valandų tikslą su 2,0 mm marža |
| Extended campaign (>7000 valandų)|8h įjungta / 4h išjungta|2.0|4 500 – 6 000|Konservatyvus dizainas, užtikrinantis maksimalų patikimumą |
| Continuous immersion (no level fluctuation) | None | 1.0 – 1.2 | >8000|Nėra sąsajos atakos, jei visiškai panardinta |
| Dažnas važiavimas dviračiu (valandinis lygio pasikeitimas)|1h įjungta / 1h išjungta|2,0 – 2,5|3 000 – 4 500|Agresyvesniam važiavimui dviračiu reikia storesnės sienos |
| Trumpalaikė{0}}operacija (<1000 hours) | 8h on / 4h off | 0.9 – 1.0 | 850 – 1,300 | Acceptable for temporary service |
| Sąsajos zona apsaugota PTFE danga|8h įjungta / 4h išjungta|1,0 – 1,2|6 000 – 8 000|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 (50–75 mm atkarpą ties skysčio linija) užtepkite PTFE danga; danga apsaugo nuo tiesioginio kontakto tarp koncentruotų druskų ir titano paviršiaus, efektyviai pašalindama sąsajų įdubimus. Trečia, atnaujinkite į 7 klasės titaną, kad padidintumėte atsparumą kombinuotam fluorido -chlorido poveikiui; 7 klasė užtikrina maždaug 30–50 % ilgesnį sąsajos tarnavimo laiką nei 2 klasė esant tokiam pačiam sienelės storiui.
**Išvada**
2 laipsnio titano apvalkalų 12 % amonio chlorido, 3 % amonio bifluorido retųjų žemių išplovimo tirpale 80 laipsnių temperatūroje minimalus sienelės storis turi būti 1,6 mm, kad būtų galima naudoti 5 000 valandų be perforacijos garų -skysčio sąsajoje, o 1,0 mm sugenda per 0 valandų. Sąsaja patiria 10–15 × chlorido ir fluoro koncentracijos koeficientus dėl drėgno{12}}sauso ciklo, todėl duobių susidarymo dažnis yra 5–10 kartų didesnis nei biriame tirpale. Inžinieriai, nurodantys titano šildytuvus retųjų žemių išplovimui, turėtų pasirinkti 1,8–2,0 mm mažiausią standartinę 5 000 - valandų kampaniją, įdiegti lygio kontrolę arba PTFE dangą, kad būtų išvengta sąsajos atakos, arba apsvarstyti 7 klasės titaną, kad gautumėte papildomos atsargos. Ši sienelės storio specifikacija apsaugo nuo sąsajos duobių susidarymo – dominuojančio gedimo režimo retųjų žemių fluorido ir chlorido išplovimo srityse.
