Pri akej špecifickej kombinácii koncentrácie hydroxidu sodného a teploty povrchu plášťa vyžaduje 1,2-milimetrový plášť z nehrdzavejúcej ocele 316 výmenu každých šesť mesiacov v službe ohrievača kúpeľa na leptanie hliníka?

Procesní inžinieri, ktorí pracujú na elektrických ponorných ohrievačoch v hliníkových leptacích kúpeľoch pre letecký, automobilový a elektronický priemysel, používajú ako leptadlo predovšetkým hydroxid sodný. Typické leptacie roztoky sú 5-15% NaOH pri 60-80 stupňoch a odstránia oxid hlinitý a rozpustia kovový hliník. Typicky sa používa plášť z nehrdzavejúcej ocele 316 s hrúbkou 1,2 mm na prispôsobenie priestorových obmedzení nádrží na leptanie a potreby tepelnej odozvy. Vysoká koncentrácia žieravín, vysoká teplota a produkty rozpúšťania hliníka však vedú k agresívnemu prostrediu. Pri určitých prahových úrovniach všeobecná korózia napadne 1,2 mm stenu za šesť mesiacov a vyžaduje si polročnú výmenu. Článok špecifikuje presné koncentrácie a teploty, pri ktorých 1,2 mm 316 plášť dosiahne svoj šesťmesačný limit životnosti.

Korózne správanie 316 v hydroxide sodnom obsahujúcom rozpustený hliník
Pri teplotách pod 60 stupňov môže nehrdzavejúca oceľ 316 zostať pasívna a mať rýchlosť korózie nižšiu ako 0,1 mm za rok v roztokoch hydroxidu sodného nad 5%. Ale čím vyššia je teplota, tým menej stabilný je pasívny film. Leptanie vytvára rozpustený hliník, ktorý urýchľuje koróziu tvorbou hlinitanových iónov, ktoré napádajú pasívny film. Rýchlosť korózie bez hliníka je 0,2-0,4 mm/rok pri 70°C v 10% NaOH. Rýchlosť je 0,5–1,0 mm za rok s 10 g/l rozpusteného hliníka. S hliníkom pri 80 stupňoch sú rýchlosti 1,0–2,0 mm/rok. Pre plášť s hrúbkou 1,2 mm je minimálna hrúbka konštrukcie pre tlakovú izoláciu približne 0,5 mm. Prienik korózie 0,7 mm za 6 mesiacov pri 1,4 mm/rok. Šesťmesačný limit výmeny sa dosiahne, keď kombinácia koncentrácie žieraviny, teploty a obsahu hliníka dáva rýchlosť korózie 1,2–1,8 mm za rok.

Šesťmesačné kritické prahy životnosti
Testovanie ponorením 316 vzoriek do roztokov hydroxidu sodného s rozpusteným hliníkom, ktoré je charakteristické pre použitie v leptacom kúpeli, ukazuje, že 1,2 mm stena má maximálnu životnosť šesť mesiacov pre nasledujúce kombinácie koncentrácie žieraviny a povrchovej teploty plášťa.

Koncentrácia hydroxidu sodného (hmot. %) Rozpustený hliník (g/L) Teplota hromadného kúpeľa Teplota povrchu plášťa pri 6 W/cm2 (12 stupňový nárast) Očakávaný čas korózie na zníženie 1,2 mm až 0,5 mm Životnosť 5 % 5 70 stupeň 82 stupňov 0,7 mm/rok –10,4 –10 22 mesiacov 5 % 10 70 stupeň 82 stupeň 0,6 – 1,0 mm/rok 0,7 – 1,2 rokov 8 – 14 mesiacov 5 % 15 70 stupeň 82 stupeň 0,8 – 1,3 mm/rok 0,5 – 0,9 rokov 6 – 11 mesiacov 0,0 % stupeň {9 mm/53} stupeň 0,8 – 1,4 roka 9 – 17 mesiacov 8 % 10 65 stupeň 77 stupeň 0,8 – 1,3 mm/rok 0,5 – 0,9 roka 6 – 11 mesiacov 8 % 15 65 stupeň 77 stupeň 1,0 – 1,6 mm/rok 0,4 – 0,7 mesiacov
10 % 5 60 stupeň 72 stupeň 0.6 - 1.0 mm/rok 0.7 - 1.2 rokov 8 - 14 mesiacov
10 % 10 60 stupeň 72 stupeň 0,9 – 1,5 mm/rok 0,5 – 0,8 rokov 6 – 9 mesiacov
10 % 15 60 stupeň 72 stupeň 1,2 – 1,9 mm/rok 0,4 – 0,6 rokov 5 – 7 mesiacov
12 % 5 55 stupeň 67 stupeň 0,8 – 1,3 mm/rok 0,5 – 0,9 rok 6 – 11 mesiacov 12 % 10 55 stupeň 67 stupeň 1,1 – 1,8 mm/rok 0,4 – 0,6 rok 5 – 7 mesiacov
12 % 15 55 stupeň 67 stupeň 1,4 – 2,2 mm/rok 0,3 – 0,5 roka 4 – 6 mesiacov
15 % 5 50 stupeň 62 stupeň 1,0 – 1,6 mm/rok 0,4 – 0,7 rokov 5 – 8 mesiacov
15 % 10 50 stupeň 62 stupeň 1,3 – 2,0 mm/rok 0,4 – 0,5 roka 4 – 6 mesiacov
15 % 15 50 stupeň 62 stupeň 1,6 – 2,5 mm/rok 0,3 – 0,4 rokov 3 – 5 mesiacov
Pre 10 % NaOH hliníkový leptací kúpeľ s 10 g/l rozpusteného hliníka pri objemovej teplote 60 stupňov C s plášťom 1,2 mm pri 6 W/cm2 je povrchová teplota plášťa približne 72 stupňov C. Predpokladá sa, že korózia bude pokračovať rýchlosťou 0,9 až 1,5 mm za rok, pričom sa steny znížia o 5 mm až 8 mesiacov. Šesť{14}}mesiacov je vhodná výmena.

Bezpečná prevádzková obálka 6-mesačný plán výmeny
Výmena je potrebná na dosiahnutie minimálnej životnosti šesť mesiacov pred zmenšením steny na 0,5 mm. Maximálna bezpečná teplota sypkého hydroxidu sodného pre 1,2 mm 316 plášť pri rôznych hustotách wattov je uvedená v nasledujúcej tabuľke. Hodnoty sú pre 10 g/l rozpusteného hliníka, reprezentatívneho pre leptacie kúpele.

Hustota wattu (nárast teploty) Max. objemová teplota. 5% NaOH Maximálna objemová teplota. 8% NaOH Max. objemová teplota. 10% NaOH Maximálna objemová teplota. 12% NaOH Maximálna objemová teplota. 15% NaOH
4 W/cm² (8 stupňov stúpanie) 74 stupňov 68 stupňov 62 stupňov 57 stupňov 52 stupňov 6 W/cm² (12 stupňové stúpanie) 70 stupňov 64 stupňov 58 stupňov 53 stupňov 48 stupňov 8 W/cm² (16 stupňové stúpanie) 66 stupňov 60 stupňov 504 stupňov 49 stupňov W/24 cm² 561 50 stupňov 45 stupňov 40 stupňov
Pre hliníkový leptací kúpeľ, 10% NaOH, objemová teplota 60C, 6W/cm^2 (12C vzostup, 72C povrch), bezpečný limit objemu je 58C. Ohrievač na 60 stupňov prekračuje bezpečnú hranicu a nie je možné zaručiť životnosť šesť mesiacov. Zníženie wattovej hustoty na 4 W/cm2 (8 stupňov nárast, 68 stupňov povrch) poskytuje bezpečný limit objemu 62 stupňov, preto je 60 stupňov vhodný na šesť{16}}mesačnú výmenu.

Zmeny dizajnu na predĺženie životnosti o viac ako 6 mesiacov
Leptanie hliníka môže vyžadovať 1,2 mm 316 plášť a šesťmesačná životnosť nestačí. Tri úpravy môžu predĺžiť životnosť. Prvým je použitie dlhšieho ohrievača, aby sa minimalizovala hustota wattov. Poklesom zo 6 W/cm² na 4 W/cm² zo 6-mesačného režimu na 8-12-mesačný režim sa nárast povrchovej teploty zníži z 12 stupňov na 8 stupňov . Druhou zmenou je regulácia koncentrácie rozpusteného hliníka kúpeľovou filtráciou alebo čiastočnou náhradou. Zníženie obsahu hliníka z 15 g/l na 5 g/l môže znížiť rýchlosť korózie o 30–50 %. Tretia zmena zahŕňa použitie zliatiny na báze niklu, ako je Alloy 600 alebo Alloy 825. V 10–15 % NaOH pri 70 stupňoch s rozpusteným hliníkom majú tieto materiály rýchlosť korózie.<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.