The Mystery Pitting Problem
Presný výrobca z nehrdzavejúcej ocele morenie leštených komponentov v kúpeli s 15% kyselinou sírovou pri teplote 65 stupňov. Po morení komponenty vykazujú rozptýlené mikro-jamky-malé, plytké priehlbiny s priemerom 0,1-0,5 mm na povrchoch, ktoré boli pred spracovaním hladké. Jamy sa objavujú náhodne, nesúvisia s orientáciou obrobku alebo polohou kúpeľa. Vyskytujú sa približne na 5 – 10 % spracovaných dielov, čím vytvárajú nákladnú mieru prepracovania alebo zmetkovitosti.
Vyšetrovanie odstraňuje zjavné príčiny. Kyselina sa odfiltruje. Chémia kúpeľa je v rámci špecifikácie. Pred morením sa obrobky dôkladne očistia. Zdroj je vysledovaný na nerezový ponorný ohrievač. Ohrievač pomaly koroduje v horúcej kyseline a do kúpeľa uvoľňuje ióny železa, chrómu a niklu. Tieto rozpustené kovy sa ukladajú na povrch obrobku ako kovové častice a vytvárajú lokalizované galvanické články. Oceľ obrobku okolo každej nanesenej častice prednostne koroduje a vytvára jamku.
PTFE výmenník tepla neuvoľňuje žiadne kovové ióny. Mechanizmus pittingu je eliminovaný. Kvalita povrchu obrobku sa vráti na základnú líniu stanovenú samotnou moriacou chémiou.
Mechanizmus galvanického pittingu
Keď ohrievač z nehrdzavejúcej ocele koroduje v kyseline sírovej, produkty korózie sú rozpustené kovové ióny-predovšetkým Fe²⁺, Ni²⁺ a Cr³⁺. V horúcom, oxidačnom moriacom prostredí železnaté železo oxiduje na železité železo. Železité ióny sú silné oxidačné činidlá. Keď sa železitý ión dostane do kontaktu s povrchom obrobku, môže sa redukovať späť na železné železo, ktoré sa ukladá ako častice oxidu železa alebo hydroxidu na povrchu.
Táto častica v elektrickom kontakte s obrobkom z nehrdzavejúcej ocele vytvára galvanický článok. Častica oxidu železa je katodická k substrátu z nehrdzavejúcej ocele. Oblasť ocele bezprostredne susediaca s časticou sa stáva anodickou a prednostne sa rozpúšťa. Rozpustením vzniká jama. Keď sa častica nakoniec oddelí alebo opláchne, jamka zostane.
Mechanizmus vyžaduje nepretržitý zdroj rozpustených kovových iónov v moriacom kúpeli. Tento zdroj zabezpečuje korózny ohrievač. Odstráňte zdroj korózie a jamkový mechanizmus sa zastaví-nie okamžite, ale po spotrebovaní existujúceho rozpusteného kovu v kúpeli vytiahnutím-vytiahnutím a filtráciou.
| Faktor mechanizmu pittingu | Ohrievač z nehrdzavejúcej ocele | PTFE výmenník tepla |
|---|---|---|
| Rýchlosť korózie ohrievača v 15 % H₂SO4 pri 65 stupňoch (mm/rok) | 0.05-0.15 | 0 |
| Vstup rozpusteného Fe do kúpeľa (g/deň) | 1-3 | 0 |
| Vstup rozpusteného Ni/Cr do kúpeľa (g/deň) | 0.3-0.8 | 0 |
| Koncentrácia kovu rozpusteného v kúpeli (ppm) | 20-60 | < 2 (drag-in only) |
| Rýchlosť galvanického vylučovania častíc | Nepretržitý | žiadne |
| Miera jamkovitosti obrobku (%) | 5-10 | < 0.5 |
| Náklady na prepracovanie/šrot za rok (relatívne) | 1,0 (základná hodnota) | 0.1 |
Výhoda predĺženia životnosti kúpeľa
Rozpustené kovy v moriacom kúpeli spôsobujú nielen jamkovanie obrobku, ale tiež zhoršujú moriaci výkon. Akumulácia železa znižuje koncentráciu voľných kyselín tvorbou komplexov síranu železa. Rýchlosť morenia sa spomaľuje. Operátori kompenzujú zvyšovaním teploty alebo koncentráciou kyseliny, čo urýchľuje koróziu ohrievača v samočinnom-cykle posilňovania.
Keď koncentrácia rozpusteného železa dosiahne 40-60 g/l, kúpeľ sa musí vypustiť a vymeniť. Korózny ohrievač sa podieľa 15-30% na tejto záťaži železa. Odstránenie tohto zdroja proporcionálne predlžuje životnosť kúpeľa. Kúpeľ, ktorý predtým trval 8 týždňov, môže s PTFE ohrievačom trvať 10-12 týždňov. Zníženie množstva odpadu z kúpeľa šetrí náklady na chemikálie, náklady na likvidáciu odpadu a prestoje vo výrobe pri výmene vane.
Zhrnutie
Povrchová jamka na leštených nerezových obrobkoch počas morenia kyselinou je spôsobená galvanickými koróznymi článkami iniciovanými kovovými časticami usadenými z rozpustených produktov korózie ohrievača. Výmenníky tepla PTFE eliminujú tento mechanizmus uvoľnením nulových kovových iónov do moriaceho kúpeľa. Kvalita povrchu obrobku sa merateľne zlepšuje, miera prepracovania a šrotu sa znižuje a životnosť moriaceho kúpeľa sa predlžuje vďaka zníženej akumulácii železa.
Technická podpora pre špecifikáciu výmenníka tepla z PTFE v aplikáciách povrchového-kritického morenia je k dispozícii po zadaní typu kyseliny a jej koncentrácie, prevádzkovej teploty, materiálu obrobku a špecifikácie povrchu, aktuálnej rýchlosti bodkovania a životnosti kúpeľa.
