La ce combinație specifică de concentrație de hidroxid de sodiu și temperatura suprafeței mantalei necesită înlocuire o manta din oțel inoxidabil 316 de 1,2 milimetri la fiecare șase luni în serviciul de încălzire de baie cu gravare din aluminiu?

Inginerii de proces care lucrează la încălzitoare electrice cu imersie în băi de gravare din aluminiu pentru industria aerospațială, auto și electronică folosesc în principal hidroxid de sodiu ca agent de gravare. Soluțiile de gravare tipice sunt 5-15% NaOH la 60-80 de grade și vor îndepărta oxidul de aluminiu și vor dizolva aluminiul metal. În mod obișnuit, o manta din oțel inoxidabil 316 de 1,2 mm este utilizată pentru a se adapta la restricțiile de spațiu ale rezervoarelor de gravare și nevoile de răspuns termic. Cu toate acestea, concentrația mare de caustică, temperatura ridicată și produsele de dizolvare a aluminiului au ca rezultat un mediu agresiv. La anumite niveluri de prag, coroziunea generală atacă peretele de 1,2 mm în șase luni și necesită înlocuirea pe o bază semestrială. Articolul specifică concentrațiile și temperaturile exacte la care o manta 316 de 1,2 mm își atinge limita de viață de șase luni.

Comportamentul la coroziune a lui 316 în hidroxid de sodiu care conține aluminiu dizolvat
La temperaturi sub 60 de grade, oțelul inoxidabil 316 poate rămâne pasiv și are rate de coroziune mai mici de 0,1 mm pe an în soluții de hidroxid de sodiu de peste 5%. Dar cu cât temperatura este mai mare, cu atât filmul pasiv este mai puțin stabil. Gravarea creează aluminiu dizolvat care accelerează coroziunea prin producerea de ioni de aluminat care atacă filmul pasiv. Viteza de coroziune fără aluminiu este de 0,2-0,4 mm/an la 70oC în NaOH 10%. Rata este de 0,5–1,0 mm pe an cu 10 g/L aluminiu dizolvat. Cu aluminiu la 80 de grade, ratele sunt de 1,0–2,0 mm/an. Pentru o manta de 1,2 mm grosimea structurala minima pentru limitarea presiunii este de aproximativ 0,5 mm. Penetrarea coroziunii de 0,7 mm în 6 luni la 1,4 mm/an. Limita de înlocuire de șase luni este atinsă atunci când combinația dintre concentrația caustică, temperatură și conținutul de aluminiu dă o rată de coroziune de 1,2–1,8 mm pe an.

Praguri critice de viață de șase luni
Testarea prin imersie a 316 probe în soluții de hidroxid de sodiu cu aluminiu dizolvat caracteristic serviciului de gravare în baie indică faptul că un perete de 1,2 mm are o durată de viață maximă de șase luni pentru următoarele combinații de concentrație caustică și temperatura suprafeței învelișului.

Concentrație de hidroxid de sodiu (% în greutate Aluminiu dizolvat (g/L) Temperatura băii în vrac Temperatura suprafeței mantalei la 6 W/cm2 (creștere de 12 grade) Rata de coroziune estimată Timp de reducere de la 1,2 mm la 0,5 mm Durată de viață 5% 5 70 grade 82/42 grade 0,10 mm/42 grade . ani 12 – 22 luni 5% 10 70 grad 82 grade 0,6 – 1,0 mm/an 0,7 – 1,2 ani 8 – 14 luni 5% 15 70 grad 82 grad 0,8 – 1,3 mm/an 0,5 – 0,9 ani grade 6% – 7} grade1.8 0,5 – 0,9 mm/an 0,8 – 1,4 ani 9 – 17 luni 8% 10 65 grad 77 grade 0,8 – 1,3 mm/an 0,5 – 0,9 ani 6 – 11 luni 8% 15 65 grad 77 grade 1,4 – 0,7 ani 1,0 – 0,9 mm/an 8 luni
10% 5 60 grade 72 grade 0.6 - 1.0 mm/an 0.7 - 1.2 ani 8 - 14 luni
10% 10 60 grad 72 grade 0,9 – 1,5 mm/an 0,5 – 0,8 ani 6 – 9 luni
10% 15 60 grad 72 grade 1,2 – 1,9 mm/an 0,4 – 0,6 ani 5 – 7 luni
12% 5 55 grad 67 grade 0,8 – 1,3 mm/an 0,5 – 0,9 ani 6 – 11 luni 12% 10 55 grad 67 grad 1,1 – 1,8 mm/an 0,4 – 0,6 ani 5 – 7 luni
12% 15 55 grad 67 grade 1,4 – 2,2 mm/an 0,3 – 0,5 ani 4 – 6 luni
15% 5 50 grad 62 grade 1,0 – 1,6 mm/an 0,4 – 0,7 ani 5 – 8 luni
15% 10 50 grad 62 grade 1,3 – 2,0 mm/an 0,4 – 0,5 ani 4 – 6 luni
15% 15 50 grad 62 grade 1,6 – 2,5 mm/an 0,3 – 0,4 ani 3 – 5 luni
Pentru o baie de gravare cu aluminiu NaOH 10% cu 10 g/L aluminiu dizolvat la o temperatură de 60 grade C cu o manta de 1,2 mm la 6 W/cm2, temperatura suprafeței mantalei este de aproximativ 72 grade C. Coroziunea este prevăzută să continue cu o rată de 0,9 până la 1,5 mm pe an, în scădere de la 0,9 până la 1,5 mm pe an, în 5 mm până la 50 mm pe an. O înlocuire de șase-luni este adecvată.

Program de înlocuire a plicului de funcționare în siguranță pe 6 luni
Înlocuirea este necesară pentru a obține o durată de viață minimă de șase luni înainte ca peretele să fie redus la 0,5 mm Temperatura maximă sigură a hidroxidului de sodiu în vrac pentru o manta de 1,2 mm 316 la diferite densități de wați este dată în tabelul următor. Valorile sunt pentru 10 g/L aluminiu dizolvat, reprezentative pentru băile de gravare.

Densitate în wați (creștere temperatură) Temp. maximă în vrac. 5% NaOH Temp. în vrac max. 8% NaOH Temp. în vrac maximă. 10% NaOH Temp. în vrac maximă. 12% NaOH Temp. în vrac maximă. 15% NaOH
4 W/cm² (creștere 8 grade) 74 grade 68 grade 62 grade 57 grade 52 grade 6 W/cm² (creștere 12 grade) 70 grade 64 grade 58 grade 53 grade 48 grade 8 W/cm² (creștere 16 grade) grade 66 grade 4 4 5 4 6 grade 10 W/cm² (20 grade ridicare) 62 grade 56 grade 50 grade 45 grade 40 grade
Pentru o baie de gravare din aluminiu, 10% NaOH, temperatura în vrac 60C, 6 W/cm^2 (creștere 12C, suprafață 72C), limita sigură a volumului este de 58C. Încălzitorul la 60 de grade depășește limita de siguranță, iar durata de viață de șase luni nu poate fi garantată. Reducerea densității de wați la 4 W/cm2 (creștere de 8 grade, suprafață de 68 de grade) are ca rezultat o limită de volum sigură de 62 de grade, prin urmare, 60 de grade este potrivit pentru înlocuirea pe șase-luni.

Modificări de design pentru a prelungi viața cu mai mult de 6 luni
Circumstanțele de gravare a aluminiului pot necesita o manta 316 de 1,2 mm și durata de viață de șase luni nu este suficientă. Trei ajustări pot prelungi durata de viață. Primul este să utilizați un încălzitor mai lung pentru a minimiza densitatea de wați. Scăzând de la 6 W/cm² la 4 W/cm² trecând de la regimul de 6 luni la regimul de 8-12 luni, creșterea temperaturii la suprafață scade de la 12 la 8 grade . A doua modificare este reglarea concentrației de aluminiu dizolvat prin filtrare pe baie sau înlocuire parțială. Reducerea aluminiului de la 15 g/L la 5 g/L poate reduce ratele de coroziune cu 30-50 %. O a treia modificare implică utilizarea unui aliaj pe bază de nichel, cum ar fi aliajul 600 sau aliajul 825. În 10-15% NaOH la 70 de grade cu aluminiu dizolvat, aceste materiale au viteze de coroziune<0.1 mm/year, increasing the service life to 5–10 years. For long-term use, engineers should specify Alloy 825 for continuous-use aluminium etching baths using 10% NaOH at 65°C. When specifying the heaters for etching bath service, always provide the correct NaOH concentration, bulk temperature, dissolved aluminium level and the intended replacement interval. The six month replacement threshold for a 1.2 mm 316 sheath is a predictable function of these characteristics therefore allowing precise prediction of heater life in aluminium etching procedures.