Problem skrivnostnega luknjanja
Natančni proizvajalec nerjavečega jekla luži polirane komponente v 15-odstotni kopeli žveplove kisline pri 65 stopinjah. Po dekapiranju so na komponentah razpršene mikro-jamice-majhne, plitve vdolbine s premerom 0,1-0,5 mm na površinah, ki so bile pred obdelavo gladke. Jamice se pojavljajo naključno in niso povezane z orientacijo obdelovanca ali položajem kopeli. Pojavijo se na približno 5-10 % obdelanih delov, kar povzroči drago stopnjo predelave ali odpadkov.
Preiskava odpravi očitne vzroke. Kislino filtriramo. Kemija kopeli je znotraj specifikacij. Obdelovance pred luženjem temeljito očistimo. Vir se izsledi do potopnega grelnika iz nerjavečega jekla. Grelec počasi korodira v vroči kislini in v kopel sprošča ione železa, kroma in niklja. Te raztopljene kovine se odlagajo na površino obdelovanca kot kovinski delci in ustvarjajo lokalizirane galvanske celice. Jeklo obdelovanca okoli vsakega odloženega delca prednostno korodira in tvori luknjo.
PTFE izmenjevalnik toplote ne sprošča kovinskih ionov. Mehanizem luknjanja je odpravljen. Kakovost površine obdelovanca se vrne na izhodiščno vrednost, ki je bila vzpostavljena samo s kemijo luženja.
Galvanski luknjičasti mehanizem
Ko grelnik iz nerjavnega jekla korodira v žveplovi kislini, so produkti korozije raztopljeni kovinski ioni-predvsem Fe²⁺, Ni²⁺ in Cr³⁺. V vročem, oksidativnem okolju luženja fero železo oksidira v fero železo. Železovi ioni so močni oksidanti. Ko železov ion pride v stik s površino obdelovanca, se lahko reducira nazaj v železovo železo, ki se na površini odlaga kot delec železovega oksida ali hidroksida.
Ta delec v električnem stiku z obdelovancem iz nerjavnega jekla tvori galvanski člen. Delec železovega oksida je katoden na substrat iz nerjavečega jekla. Območje jekla neposredno ob delcu postane anodno in se prednostno raztopi. Raztapljanje ustvari jamo. Ko se delec sčasoma odlepi ali se izpere, jamica ostane.
Mehanizem zahteva stalen vir raztopljenih kovinskih ionov v lužilni kopeli. Ta vir zagotavlja korodirajoč grelec. Odstranite vir korozije in mehanizem luknjanja se ustavi-ne takoj, ampak potem, ko se obstoječa zaloga raztopljene kovine v kopeli porabi z vlečenjem-ven in filtracijo.
| Faktor mehanizma luknjanja | Grelnik iz nerjavečega jekla | PTFE izmenjevalnik toplote |
|---|---|---|
| Stopnja korozije grelnika v 15 % H₂SO₄ pri 65 stopinjah (mm/leto) | 0.05-0.15 | 0 |
| Vnos raztopljenega Fe v kopel (g/dan) | 1-3 | 0 |
| Vnos raztopljenega Ni/Cr v kopel (g/dan) | 0.3-0.8 | 0 |
| Koncentracija raztopljene kovine v kopeli (ppm) | 20-60 | < 2 (drag-in only) |
| Hitrost galvanskega nanašanja delcev | Neprekinjeno | Noben |
| Stopnja luknjanja obdelovanca (%) | 5-10 | < 0.5 |
| Stroški predelave/odpadkov na leto (relativno) | 1.0 (izhodišče) | 0.1 |
Prednost podaljšanja življenjske dobe kopeli
Raztopljene kovine v lužilni kopeli ne povzročajo samo luknjičastih lukenj na obdelovancu, ampak tudi poslabšajo učinkovitost luženja. Kopičenje železa zmanjša koncentracijo proste kisline s tvorbo kompleksov železovega sulfata. Hitrost kisanja se upočasni. Upravljavci kompenzirajo s povišanjem temperature ali koncentracije kisline, kar pospeši korozijo grelnika v samo-cikluku samoojačenja.
Ko koncentracija raztopljenega železa doseže 40-60 g/L, je treba kopel izprazniti in zamenjati. Korodirajoči grelec prispeva 15-30 % te obremenitve železa. Odstranitev tega vira sorazmerno podaljša življenjsko dobo kopeli. Kopel, ki je prej trajala 8 tednov, lahko traja 10-12 tednov s PTFE grelnikom. Zmanjšanje odlagališč v kopeli prihrani stroške kemikalij, stroške odstranjevanja odpadkov in izpad proizvodnje zaradi zamenjave kopeli.
Povzetek
Površinske luknjice na poliranih obdelovancih iz nerjavečega jekla med luženjem s kislino povzročajo galvanske korozijske celice, ki jih sprožijo kovinski delci, odloženi iz raztopljenih produktov korozije grelnikov. PTFE toplotni izmenjevalci odpravijo ta mehanizem tako, da v lužilno kopel ne sproščajo kovinskih ionov. Kakovost površine obdelovanca se merljivo izboljša, stopnje predelave in odpadkov se zmanjšajo, življenjska doba kopeli za luženje pa se podaljša zaradi zmanjšanega kopičenja železa.
Inženirska podpora za specifikacijo PTFE toplotnega izmenjevalnika pri površinsko-kritičnih aplikacijah luženja je na voljo po predložitvi podatkov o vrsti kisline in koncentraciji, delovni temperaturi, materialu obdelovanca in specifikaciji površine, trenutni stopnji luknjičaste luknjice in življenjski dobi kopeli.
