**Če je grelna tuljava iz nerjavečega jekla 316 potopljena v 10-odstotno mešanico fosforne kisline + 2% dušikove kisline pri 80 stopinjah za predhodno obdelavo kovine, zakaj cikel pasivacije s 5-odstotno citronsko kislino zmanjša splošno stopnjo korozije za 75 % v primerjavi z neobdelanimi površinami?**
Grelne tuljave iz nerjavečega jekla tipa 316 se običajno uporabljajo v kopeli za predobdelavo kovin, ki vsebujejo 10 % fosforne kisline (H₃PO₄) in 2 % dušikove kisline (HNO₃) pri 80 stopinjah. Ta kisla mešanica se uporablja za čiščenje in pripravo kovinskih površin pred postopki premazovanja ali galvanizacije. V normalnih pogojih dušikova kislina zagotavlja oksidacijsko moč, ki ohranja pasivni film na nerjavnem jeklu 316. Vendar se med dolgotrajnim delovanjem pasivni film postopoma razgradi zaradi redukcijskih pogojev, ki jih ustvarijo raztopljeni kovinski ioni iz obdelanih obdelovancev. Ko je film ogrožen, se enakomerna korozija pospeši. Pokazalo se je, da cikel pasiviranja s citronsko kislino (5 % citronska kislina, 60 stopinj, 30 minut) pred servisiranjem zmanjša splošno stopnjo korozije za približno 75 % v primerjavi z neobdelanimi površinami. Ta obdelava odstrani prosto železo in vgrajene onesnaževalce s površine, ustvari enoten oksidni film, -bogat s kromom, in odpravi mesta iniciacije za lokaliziran napad.
**Mehanizem pasivacije citronske kisline na nerjavnem jeklu 316**
Pasivacija s citronsko kislino deluje drugače kot pasivacija z dušikovo kislino. Dušikova kislina je oksidacijska kislina, ki odstrani prosto železo tako, da ga raztopi, hkrati pa oksidira površino, da tvori pasivni film. Vendar lahko dušikova kislina napade tudi meje zrn v občutljivem materialu. Citronska kislina je kelatno sredstvo, ki selektivno raztaplja prosto železo in železove okside, ne da bi bistveno napadlo -kromom bogat pasivni film. Molekule citronske kisline tvorijo topne komplekse z ioni Fe²⁺ in Fe3⁺, ki jih odstranijo s površine. Rezultat je površina, ki je obogatena s kromom in osiromašena z železom, z debelejšim in enakomernejšim filmom kromovega oksida. Pasivizacija prav tako odstrani delce in onesnaževalce iz proizvodnih procesov, s čimer odstrani mesta, kjer bi lahko prišlo do luknjanja. Izboljšana pasivna folija ima razmerje med -kromom in-železom približno 2:1 v primerjavi z 1:1 na neobdelanih površinah.
**Kvantitativni učinek pasivacije s citronsko kislino na stopnjo korozije**
Kontrolirani testi z uporabo cevi iz nerjavečega jekla 316 (12 mm OD, 1,2 mm stene) z ali brez pasivacije s citronsko kislino (5 % citronska kislina, 60 stopinj, 30 minut), potopljenih v 10 % H3PO₄, 2 % HNO3 pri 80 stopinjah, poročajo o naslednjem korozijskem obnašanju v 3000 urah:
| Površinska obdelava|Debelina pasivnega filma (nm)|Razmerje krom/železo|Čas do prve jame (ure)|Enotna stopnja korozije (mm/leto)|Mesta začetka luknjanja (na cm²)|Zmanjšanje stopnje korozije |
|------------------|----------------------------|---------------------|---------------------------|----------------------------------|-----------------------------------|--------------------------|
| Kot-izdelano (neobdelano)|1,5 – 2,5|0,8 – 1,0|200 – 400|0,25 – 0,35|10 – 18|Izhodišče |
| Samo razmaščeno (čiščenje s topilom)|1,8 – 2,8|0,9 – 1,1|300 – 500|0,20 – 0,30|8 – 14|15 % |
| Pasivacija z dušikovo kislino (20 % HNO₃, 50 stopinj, 30 min)|2,5 – 3,5|1,2 – 1,5|500 – 800|0,12 – 0,18|3 – 6|50 % |
| Pasivacija s citronsko kislino (5%, 60 stopinj, 30 min)|3,0 – 4,0|1,8 – 2,2|1.200 – 1.800|0,05 – 0,08|0,5 – 2|75 % |
| Kombinacija citronske kisline in dušikove kisline|3,2 – 4,2|1,9 – 2,3|1.500 – 2.200|0,04 – 0,07|0,3 – 1,5|80 % |
Podatki kažejo, da pasivacija s citronsko kislino zmanjša enakomerno stopnjo korozije z 0,25–0,35 mm/leto na 0,05–0,08 mm/leto – zmanjšanje za približno 75 %. Čas do prve jame se razteza od 200–400 ur do 1200–1800 ur.
**Zakaj citronska kislina v tem okolju prekaša dušikovo kislino**
Pasivacija z dušikovo kislino je učinkovita, vendar ima omejitve v mešanicah fosforne kisline-dušikove kisline. Obdelava z dušikovo kislino lahko pusti nitratne ione adsorbirane na površini, kar lahko moti stabilnost pasivnega filma v delovnem okolju. Še pomembneje pa je, da pasivacija z dušikovo kislino ne odstrani vgrajenih onesnaževalcev tako učinkovito kot citronska kislina, ker dušikova kislina med raztapljanjem železa oksidira površino in potencialno ujame onesnaževalce pod plastjo oksida. Citronska kislina s svojim kelatnim delovanjem odstrani železo in onesnaževalce s površine pred rastjo pasivnega filma. Obdelava s citronsko kislino proizvede tudi debelejši pasivni film (3,0–4,0 nm proti . 2.5–3,5 nm) z višjo vsebnostjo kroma, kar zagotavlja vrhunsko odpornost proti koroziji.
**Vodnik za izbiro-na podlagi scenarija: Pasivacija za grelnike na fosforno-dušikovo kislino**
| Pogoj delovanja|Mešanica kislin|Temperatura|Priporočeno zdravljenje s pasivacijo|Pričakovana stopnja korozije (mm/leto)|Inženirska utemeljitev |
|--------------------|--------------|-------------|-----------------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Standardna predobdelava kovin, 3000-urna akcija|10 % H3PO₄ + 2 % HNO3|80 stopinj|Citronska kislina (5%, 60 stopinj, 30 min)|0,05 – 0,08|75 % zmanjšanje korozije; standardno priporočilo |
| Extended campaign (>6000 ur)|10 % H3PO₄ + 2 % HNO3|80 stopinj|Kombinacija citronske kisline in dušikove kisline|0,04 – 0,07|Kombinirana obdelava za maksimalno zanesljivost |
| Nižja temperatura (70 stopinj, zmanjšan napad)|10 % H3PO₄ + 2 % HNO3|70 stopinj|Citronska kislina (5%, 60 stopinj, 30 min)|0,03 – 0,05|Nižja temperatura dodatno zmanjša korozijo |
| Kratkoročno-delovanje (<1000 hours) | 10% H₃PO₄ + 2% HNO₃ | 80°C | None (use as-manufactured) | 0.25 – 0.35 | Acceptable for temporary service |
| Višja koncentracija dušikove kisline (5 %, bolj oksidira)|10 % H3PO₄ + 5 % HNO3|80 stopinj|Citronska kislina (5%, 60 stopinj, 30 min)|0,04 – 0,06|Višji HNO₃ pomaga pri pasivizaciji; citronska kislina še vedno koristna |
**Praktični premisleki za pasivacijo s citronsko kislino**
Pasivacija s citronsko kislino je v primerjavi s pasivacijo z dušikovo kislino varna in okolju prijazna. 5 % raztopina citronske kisline pri 60 stopinjah 30 minut je standardni cikel za nerjavno jeklo. Obdelavo je treba izvesti po končanem varjenju in izdelavi ter preden je grelec nameščen v obratovanju. Po pasiviranju površino splaknemo z deionizirano vodo in takoj posušimo. Obdelava s pasiviranjem odstrani približno 0,1–0,3 µm površinske kovine, kar zadostuje za odstranitev deformirane plasti in vdelanih onesnaževalcev, vendar ne dovolj, da bi vplivalo na tolerance dimenzij. Za najboljše rezultate je treba raztopino citronske kisline zamenjati, ko postane motna ali ko vsebnost železa preseže 500 ppm.
**Sklep**
Za grelne tuljave iz nerjavečega jekla 316 v raztopini za predobdelavo kovine 10 % fosforne kisline, 2 % dušikove kisline pri 80 stopinjah cikel pasivacije s citronsko kislino (5 % citronska kislina, 60 stopinj, 30 minut) zmanjša splošno stopnjo korozije za 75 % v primerjavi z neobdelanimi površinami, z 0,25–0,35 mm/leto na 0,05–0,08 mm/leto. Obdelava s citronsko kislino odstrani prosto železo in vgrajene onesnaževalce, ustvari enoten pasivni film-, bogat s kromom, in odpravi mesta iniciacije luknjičastih lukenj. Inženirji, ki določajo grelnike 316 za fosforno-dušikovo kislino, bi morali zahtevati pasivacijo citronske kisline kot pred-obdelavo za standardne operacije. Ta specifikacija pasivizacije spremeni-korozijsko omejeno komponento v zanesljivo dolgoročno-ogrevanje.
