Загадочная проблема с питтингом
Производитель прецизионной нержавеющей стали травит полированные детали в ванне с 15% серной кислотой при температуре 65 градусов. После травления на деталях появляются разбросанные микро-ямочки-небольшие неглубокие углубления диаметром 0,1-0,5 мм на поверхностях, которые до обработки были гладкими. Ямки появляются случайным образом, не коррелируя с ориентацией заготовки или положением ванны. Они встречаются примерно на 5-10% обработанных деталей, что приводит к дорогостоящей доработке или браку.
Расследование устраняет очевидные причины. Кислоту фильтруют. Химический состав ванны соответствует техническим требованиям. Перед травлением заготовки тщательно очищают. Источником является погружной нагреватель из нержавеющей стали. Нагреватель медленно корродирует в горячей кислоте, выделяя в ванну ионы железа, хрома и никеля. Эти растворенные металлы осаждаются на поверхности детали в виде металлических частиц, создавая локализованные гальванические элементы. Сталь заготовки вокруг каждой осажденной частицы преимущественно корродирует, образуя ямку.
Теплообменник из ПТФЭ не выделяет ионов металлов. Механизм питтинга устранен. Качество поверхности заготовки возвращается к исходному уровню, установленному только химическим травлением.
Механизм гальванической питтинговой коррозии
Когда нагреватель из нержавеющей стали корродирует в серной кислоте, продуктами коррозии являются растворенные ионы металлов-в первую очередь Fe²⁺, Ni²⁺ и Cr³⁺. В горячей окислительной среде травления двухвалентное железо окисляется до трехвалентного железа. Ионы железа являются сильными окислителями. Когда ион трехвалентного железа контактирует с поверхностью заготовки, он может снова восстановиться до двухвалентного железа, осаждаясь на поверхности в виде частиц оксида или гидроксида железа.
Эта частица, находящаяся в электрическом контакте с заготовкой из нержавеющей стали, образует гальванический элемент. Частица оксида железа является катодом по отношению к подложке из нержавеющей стали. Область стали, непосредственно прилегающая к частице, становится анодной и преимущественно растворяется. Растворение создает яму. Когда частица в конечном итоге отделяется или смывается, ямка остается.
Этот механизм требует постоянного источника растворенных ионов металлов в травильной ванне. Этот источник представляет собой корродирующий нагреватель. Устраните источник коррозии, и питтинговый механизм прекратится-не сразу, а после того, как имеющийся в ванне запас растворенного металла будет израсходован-вытяжкой и фильтрацией.
| Фактор механизма точечной коррозии | Нагреватель из нержавеющей стали | ПТФЭ теплообменник |
|---|---|---|
| Скорость коррозии нагревателя в 15% H₂SO₄ при 65 градусах (мм/год) | 0.05-0.15 | 0 |
| Поступление растворенного железа в ванну (г/день) | 1-3 | 0 |
| Поступление растворенного Ni/Cr в ванну (г/день) | 0.3-0.8 | 0 |
| Концентрация растворенного металла в ванне (ppm) | 20-60 | < 2 (drag-in only) |
| Скорость осаждения гальванических частиц | Непрерывный | Никто |
| Скорость питтинга на заготовке (%) | 5-10 | < 0.5 |
| Стоимость доработки/утилизации в год (относительная) | 1,0 (базовый уровень) | 0.1 |
Выгода от продления срока службы ванны
Растворенные металлы в травильной ванне не только вызывают точечную коррозию на заготовке, но и ухудшают качество травления. Накопление железа снижает концентрацию свободной кислоты за счет образования комплексов сульфата железа. Скорость травления замедляется. Операторы компенсируют это повышением температуры или концентрации кислоты, что ускоряет коррозию нагревателя в рамках само-цикла самоусиления.
Когда концентрация растворенного железа достигнет 40-60 г/л, ванну необходимо опорожнить и заменить. На долю корродирующего нагревателя приходится 15-30% этой нагрузки на железо. Устранение этого источника пропорционально продлевает срок службы ванны. Ванна, срок службы которой раньше составлял 8 недель, с тефлоновым нагревателем может прослужить 10–12 недель. Сокращение количества отвалов ванн экономит затраты на химикаты, затраты на утилизацию отходов и время простоя производства из-за замены ванны.
Краткое содержание
Поверхностная питтинговая коррозия на полированных заготовках из нержавеющей стали при кислотном травлении вызвана ячейками гальванической коррозии, инициируемыми металлическими частицами, осаждающимися из растворенных продуктов коррозии нагревателя. Теплообменники из ПТФЭ устраняют этот механизм, высвобождая в ванну травления нулевые ионы металлов. Качество поверхности заготовки заметно улучшается, снижается количество доработок и брака, а срок службы травильной ванны увеличивается за счет уменьшения накопления железа.
Техническая поддержка для спецификации теплообменника из ПТФЭ в приложениях-критического травления поверхности доступна после предоставления данных о типе и концентрации кислоты, рабочей температуре, материале заготовки и характеристиках поверхности, текущей скорости точечной коррозии и сроке службы ванны.
