Kā viens dziļš skrāpējums (0,1 mm) uz titāna sildītāja virsmas darbojas kā ieteicama vieta punktveida kodumiem bromīda vidē?

Procesa inženieris, kurš pirms uzstādīšanas pārbauda titāna iegremdējamā sildītāja virsmas bojājumus, var nolemt, ka viena dziļa skrāpējums 0,1 mm dziļumā ir bezjēdzīgs salīdzinājumā ar 1,5 mm sienas biezumu. Tomēr šāds skrāpējums ir labvēlīga vieta punktveida kodolu veidošanai bromīdu saturošā vidē (piemēram, kālija bromīda šķīdumos, bromīda papildināšanas šķidrumos vai bromētās ugunsdrošības ķimikālijās). Skrāpējums rada ierobežotu zonu no auksti-apstrādāta metāla, atlikušās stiepes spriedzes un saplīsušas pasīvās plēves. Bromīda joni (Br−) ir lielāki un polarizējamāki nekā hlorīda joni, un tie stipri pielīp pie titāna virsmām un var sabojāt pasīvo plēvi defektu vietās. Kad bedre sākas skrāpējumā, notiek strauja iespiešanās, jo bedres apakšā (anodā) ir liels strāvas blīvums salīdzinājumā ar apkārtējo pasīvo virsmu (katodu). 0,1 mm skrāpējums samazina laiku līdz perforācijai ar punktveida perforāciju par 5–20 reizēm, salīdzinot ar nesaskrāpētu virsmu bromīda šķīdumos augstā temperatūrā.

Roku veidošanās mehānisms bromīda šķīdumos ar skrāpējumiem
Titāna pasīvā TiO₂ plēve parasti ir 2–7 nm bieza. Šī pasīvā plēve ir pilnībā notīrīta ar 0,1 mm dziļu skrāpējumu un deformēta no pamata metāla. Ir trīs skrāpētā apgabala iezīmes, kas veicina bedru veidošanu. Pirmkārt, atklātais titāns skrāpējuma apakšā ir elektroķīmiski aktīvs (potenciāls ~ –0,6 V pret SCE) attiecībā pret apkārtējo pasīvo plēvi (potenciāls ~ +0.1 V pret SCE), radot galvanisko elementu. Otrkārt, auksti{9}}apstrādātam metālam ir lielāks dislokācijas blīvums un graudu robežas tilpums, kas nozīmē, ka ir vairāk vietu bromīda adsorbcijai. Treškārt, skrāpējuma forma nodrošina lokālu plaisu, kurā var koncentrēties bromīda joni.

Titānam bromīda joni ir agresīvāki punktu veidošanās līdzekļi nekā hlorīdi, jo to lielākais jonu rādiuss (1,96 Å Br⁻ pret . 1.81 Å Cl⁻), kas ļauj ātrāk iekļūt caur TiO₂ režģa defektiem. Titāna kritiskais punktu veidošanās potenciāls (Eb) bromīda šķīdumos ir par 0,2–0,5 V zemāks nekā hlorīda šķīdumos ar tādu pašu koncentrāciju un temperatūru.

Skrāpējuma dziļuma ietekmes uz bedres izveidošanas laiku kvantitatīva noteikšana
Skrāpējuma dziļums (mm) Skrāpējuma platums (mm) Laiks līdz bedrei (stundas) 1 M KBr 80 grādos Laiks līdz perforācijai (stundas) (1,5 mm siena) Samazinājuma koeficients salīdzinājumā ar nesaskrāpētu
Nav (pulēta virsma) - 500–1,000 2,000–4,000 1.0× (bāzes līnija)
0,02 (gaiša atzīme) 0.1 200-400 1,000-2,000 2x 0,05 (redzams skrāpējums) 0.2 80-150 500-800 4x0,10 (dziļa skrāpējums) 0.3 30-60 200-400 8x0,15 (izgriezums) 0.5 10-20 80-150 20x 0,20 (caur pasīvo slāni metālā) 0.1 200-400 1
Skrāpējums 0,1 mm dziļumā samazina bedrīšu veidošanās laiku no 500–1000 stundām līdz 30–60 stundām -10–15 reizes samazinājums-un samazina kopējo laiku līdz perforācijai no 2000–4000 stundām līdz 200–400 stundām pie 1 M KBr.

Scenārijs{0}}Bromīda materiāla skrāpējumu panesamības ceļvedis
Bromīds Servisa nosacījumi Skrāpējumu dziļuma tolerance Ko darīt, ja tiek atrasts skrāpējums. Paredzamā dzīve ar skrāpējumu vs bez.
Atšķaidīts bromīds (<0.1 M KBr) 40°C < 0.1 mmMonitor, no action needed 50% cut (OK still)
Bromīds, atšķaidīts 60 grādi < 0,05 mm Nopulējiet skrāpējumu, ja > 0,05 mm 70% samazinājums
Koncentrēts bromīds (1 M KBr), 50 grādi 0,03 mm Izņemt no ekspluatācijas. Pārformulēt vai uzlabot. Samazinājums par 80%.
Koncentrēts bromīds (KBr 1 M), 80 grādi Nav (jebkura skrāpējums paātrina bedrīšu veidošanos) Noraidīt sildītāju. Nomainiet ar vienību bez skrāpējumiem. 90% samazinājums (neizdodas nedēļu laikā)
Hlorīda + bromīda kombinācija (sliktākajā gadījumā) Nav Obligāts Bez skrāpējumiem. Nepieciešama elektropulēta virsma.95 procentu griezums
Bromīda uzglabāšana istabas temperatūrā < 0,2 mm Nelieli skrāpējumi, ok 30% samazinājums (joprojām daudzu gadu kalpošanas laiks)
Inženiertehniskie risinājumi saskrāpētiem titāna sildītājiem bromīda servisā
Gadījumos, kad izmantošanai bromīda vidē izmaksu vai pieejamības dēļ ir nepieciešams saskrāpēts titāna sildītājs, ir pieejami daudzi mazināšanas līdzekļi, lai samazinātu bedru veidošanās iespējamību. Labākais mazināšanas līdzeklis ir lokāla pulēšana, lai noņemtu skrāpējumu. Skrāpējums tiek noslīpēts ar smalku abrazīvu papīru (600–1200 graudainības), kas novērš auksti-apstrādāto slāni un atjauno pasīvo virsmu. Pēc pulēšanas apgabals ir atkārtoti -pasivēts, iegremdējot 20% slāpekļskābē 50 grādu temperatūrā uz 30 minūtēm. Otrais mazināšanas līdzeklis ir katoda aizsardzība (CP). Titāna sildītāja virsmas potenciālu (ar cinka anodu vai ārējo barošanas avotu) var novirzīt zem punktveida potenciāla, izmantojot potenciālu -0,8 V pret SCE, kas novērš bromīda sadalīšanos pat skrāpējumu vietās. Trešais mazināšanas līdzeklis ir oksidētāja pievienošana (piemēram, . 100 ppm Fe3+ vai 50 ppm ūdeņraža peroksīds) bromīda šķīdumam, kas novirza atvērtās ķēdes potenciālu pasīvajā zonā un atvieglo skrāpējumu atjaunošanos.

Secinājums: 0,1 mm skrāpējums bromīda vidē samazina kauliņu kalpošanas laiku par 8-10.
Viens dziļš 0,1 mm skrāpējums uz titāna sildītāja virsmas darbojas kā priekšroka vieta punktveida kodolu veidošanai bromīdu saturošā vidē, jo skrāpējums noņem pasīvo plēvi, izveido galvanisku šūnu ar apkārtējo pasīvo virsmu un nodrošina plaisu bromīda jonu koncentrācijai. Augstākā temperatūrā koncentrētos bromīda šķīdumos (1 M KBr, 80 grādi) 0,1 mm skrāpējums samazina perforācijas ilgumu no 2000-4000 stundām līdz 200–400 stundām — koeficients ir 8–10. Lai izmantotu svarīgu bromīdu, visas sildītāja skrāpējumi, kas dziļāki par 0,05 mm, ir jānoraida vai jānopulē. Lai iegūtu paredzamo pretestību pret bedrēm jebkurā pielietojumā, kas satur bromīdu, ir jāpasūta titāna sildītājs ar elektropulētu virsmas apdari (kas novērš seklas skrāpējumus) un lietošanas instrukcijas, lai izvairītos no skrāpējumiem uzstādīšanas laikā.