Bij welke specifieke combinatie van natriumhydroxideconcentratie en oppervlaktetemperatuur van de mantel moet een mantel van 316 roestvrij staal van 1,2 millimeter elke zes maanden worden vervangen bij onderhoud aan een aluminium etsbadverwarming?
Laat een bericht achter
Procesingenieurs die werken aan elektrische verwarmingselementen in aluminium-etsbaden voor de lucht- en ruimtevaart-, automobiel- en elektronica-industrie gebruiken voornamelijk natriumhydroxide als etsmiddel. Typische etsoplossingen zijn 5-15% NaOH bij 60-80 graden en verwijderen aluminiumoxide en lossen aluminiummetaal op. Meestal wordt een 1,2 mm roestvrijstalen 316-mantel gebruikt om ruimtebeperkingen van etstanks en thermische responsbehoeften op te vangen. De hoge bijtende concentratie, hoge temperatuur en oplossende producten van aluminium resulteren echter in een agressieve omgeving. Bij bepaalde drempelniveaus tast algemene corrosie de wand van 1,2 mm binnen zes maanden aan, waardoor vervanging op halfjaarlijkse basis noodzakelijk is. Het artikel specificeert de exacte concentraties en temperaturen waarbij een 316-mantel van 1,2 mm zijn levensduurlimiet van zes maanden bereikt.
Corrosiegedrag van 316 in natriumhydroxide dat opgelost aluminium bevat
Bij temperaturen onder de 60 graden kan roestvrij staal 316 passief blijven en corrosiesnelheden van minder dan 0,1 mm per jaar hebben in natriumhydroxideoplossingen van meer dan 5%. Maar hoe hoger de temperatuur, hoe minder stabiel de passieve film is. Door het etsen ontstaat opgelost aluminium dat de corrosie versnelt door aluminaationen te produceren die de passieve film aantasten. De corrosiesnelheid zonder aluminium bedraagt 0,2-0,4 mm/jaar bij 70oC in 10% NaOH. De snelheid bedraagt 0,5–1,0 mm per jaar bij 10 g/l opgelost aluminium. Met aluminium op 80 graden zijn de percentages 1,0–2,0 mm/jaar. Voor een mantel van 1,2 mm bedraagt de minimale structurele dikte voor drukbeheersing ongeveer 0,5 mm. Corrosiepenetratie van 0,7 mm in 6 maanden bij 1,4 mm/jr. De vervangingslimiet van zes maanden wordt bereikt wanneer de combinatie van bijtende concentratie, temperatuur en aluminiumgehalte een corrosiesnelheid van 1,2–1,8 mm per jaar oplevert.
Kritieke drempelwaarden voor de levensduur van zes maanden
Onderdompelingstesten van 316 monsters in natriumhydroxideoplossingen met opgelost aluminium, kenmerkend voor etsbadgebruik, geven aan dat een wand van 1,2 mm een maximale levensduur van zes maanden heeft voor de volgende combinaties van bijtende concentratie en oppervlaktetemperatuur van de mantel.
Natriumhydroxideconcentratie (gew.%) Opgelost aluminium (g/l) Bulkbadtemperatuur Oppervlaktetemperatuur van de mantel bij 6 W/cm2 (stijging van 12 graden) Verwachte corrosiesnelheid Tijd om te verminderen 1,2 mm tot 0,5 mm Levensduur 5% 5 70 graad 82 graden 0,4 – 0,7 mm/jaar 1,0 – 1,8 jaar 12 – 22 maanden 5% 10 70 graad 82 graad 0,6 – 1,0 mm/jaar 0,7 – 1,2 jaar 8 – 14 maanden 5% 15 70 graad 82 graad 0,8 – 1,3 mm/jaar 0,5 – 0,9 jaar 6 – 11 maanden 8% 5 65 graad 77 graad 0,5 – 0,9 mm/jaar 0,8 – 1,4 jaar 9 – 17 maanden 8% 10 65 graad 77 graad 0,8 – 1,3 mm/jaar 0,5 – 0,9 jaar 6 – 11 maanden 8% 15 65 graad 77 graad 1,0 – 1,6 mm/jaar 0,4 – 0,7 jaar 5 – 8 maanden
10% 5 60 graad 72 graad 0.6 - 1.0 mm/jaar 0.7 - 1.2 jaar 8 - 14 maanden
10% 10 60 graad 72 graad 0,9 – 1,5 mm/jaar 0,5 – 0,8 jaar 6 – 9 maanden
10% 15 60 graad 72 graad 1,2 – 1,9 mm/jaar 0,4 – 0,6 jaar 5 – 7 maanden
12% 5 55 graad 67 graad 0,8 – 1,3 mm/jr 0,5 – 0,9 jr 6 – 11 maanden 12% 10 55 graad 67 graad 1,1 – 1,8 mm/jr 0,4 – 0,6 jr 5 – 7 maanden
12% 15 55 graad 67 graad 1,4 – 2,2 mm/jaar 0,3 – 0,5 jaar 4 – 6 maanden
15% 5 50 graad 62 graad 1,0 – 1,6 mm/jaar 0,4 – 0,7 jaar 5 – 8 maanden
15% 10 50 graad 62 graad 1,3 – 2,0 mm/jaar 0,4 – 0,5 jaar 4 – 6 maanden
15% 15 50 graad 62 graad 1,6 – 2,5 mm/jaar 0,3 – 0,4 jaar 3 – 5 maanden
Voor een 10% NaOH aluminium etsbad met 10 g/l opgelost aluminium bij een bulktemperatuur van 60 graden C met een mantel van 1,2 mm bij 6 W/cm2, bedraagt de oppervlaktetemperatuur van de mantel ongeveer 72 graden C. Er wordt voorspeld dat de corrosie zich zal voortzetten met een snelheid van 0,9 tot 1,5 mm per jaar, waardoor de wand in 5 tot 8 maanden zal afnemen tot 0,5 mm. Een vervanging van zes-maanden is passend.
Veilig werkbereik Vervangingsschema van 6 maanden
Vervanging is noodzakelijk om een minimale levensduur van zes maanden te bereiken voordat de wand wordt teruggebracht tot 0,5 mm. De maximale veilige bulknatriumhydroxidetemperatuur voor een 316-mantel van 1,2 mm bij verschillende wattdichtheden wordt gegeven in de volgende tabel. Waarden gelden voor 10 g/l opgelost aluminium, representatief voor etsbaden.
Wattdichtheid (temperatuurstijging) Maximale bulktemperatuur. 5% NaOH Maximale bulktemperatuur. 8% NaOH Maximale bulktemperatuur. 10% NaOH Maximale bulktemperatuur. 12% NaOH Maximale bulktemperatuur. 15% NaOH
4 W/cm² (8 graden stijging) 74 graden 68 graden 62 graden 57 graden 52 graden 6 W/cm² (12 graden stijging) 70 graden 64 graden 58 graden 53 graden 48 graden 8 W/cm² (16 graden stijging) 66 graden 60 graden 54 graden 49 graden 44 graden 10 W/cm² (20 graden stijging) 62 graden 56 graden 50 graden 45 graden 40 graden
Voor een aluminium etsbad, 10% NaOH, bulktemperatuur 60C, 6 W/cm^2 (12C stijging, 72C oppervlak), is de veilige bulklimiet 58C. De verwarming tot 60 graden overschrijdt de veilige limiet en een levensduur van zes maanden kan niet worden gegarandeerd. Het verlagen van de wattdichtheid tot 4 W/cm2 (8 graden stijging, 68 graden oppervlak) levert een veilige bulklimiet op van 62 graden. Daarom is 60 graden geschikt voor vervanging van zes- maanden.
Ontwerpwijzigingen om het leven met meer dan 6 maanden te verlengen
Omstandigheden bij het etsen van aluminium kunnen een 316-huls van 1,2 mm noodzakelijk maken en een levensduur van zes maanden is niet genoeg. Drie aanpassingen kunnen de levensduur verlengen. De eerste is om een langere verwarmer te gebruiken om de wattdichtheid te minimaliseren. Afnemend van 6 W/cm² naar 4 W/cm², gaande van het regime van 6 maanden naar het regime van 8-12 maanden, neemt de stijging van de oppervlaktetemperatuur af van 12 graden naar 8 graden. De tweede wijziging is de regeling van de concentratie opgelost aluminium door badfiltratie of gedeeltelijke vervanging. Het verminderen van aluminium van 15 g/l naar 5 g/l kan de corrosiesnelheid met 30-50% verlagen. Een derde wijziging betreft het gebruik van een legering op nikkelbasis, zoals Alloy 600 of Alloy 825. In 10-15% NaOH bij 70 graden met opgelost aluminium hebben deze materialen corrosiesnelheden.<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.
