**ในคอยล์ทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 7 ที่จุ่มอยู่ในสารละลายลอกแอมโมเนียมไบฟลูออไรด์ 12% ร้อน (pH 4, 80 องศา ) สำหรับการขจัดสารเคลือบอโนไดซ์ ความเข้มข้นของฟลูออไรด์อิสระสูงสุดเท่าใดที่สามารถใช้งานได้นาน 2000 ชั่วโมงโดยไม่มีการเกิดหลุมร้ายแรง**
คอยล์ทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 7 (Ti-0.15% Pd) โดยทั่วไประบุไว้สำหรับสารละลายลอกแอมโมเนียมไบฟลูออไรด์ (NH₄HF₂) ที่ใช้ในการขจัดสารเคลือบอะโนไดซ์ออกจากส่วนประกอบอะลูมิเนียมและไทเทเนียม โดยทั่วไปสารละลายจะมี 12% NH₄HF₂ ที่ 80 องศา โดยมีค่า pH ประมาณ 4 แอมโมเนียม ไบฟลูออไรด์จะแยกตัวออกจากน้ำเพื่อสร้าง HF และ F⁻ ทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่มีฟลูออไรด์ที่รุนแรงสูง ในขณะที่ไทเทเนียมเกรด 7 มีความต้านทานการกัดกร่อนต่อการโจมตีของฟลูออไรด์ได้ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเกรด 2 เนื่องจากการรักษาเสถียรภาพของแพลเลเดียมของฟิล์มพาสซีฟ กลไกความล้มเหลวที่สำคัญเกิดขึ้นเมื่อความเข้มข้นของฟลูออไรด์อิสระเกินเกณฑ์ที่กำหนด ไอออนฟลูออไรด์อิสระ (F⁻) โจมตีฟิล์มพาสซีฟไทเทเนียมออกไซด์ตาม TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O ทำให้เกิดรูพรุนอย่างรวดเร็วและการกัดกร่อนโดยทั่วไป การกำหนดความเข้มข้นของฟลูออไรด์อิสระสูงสุดที่สามารถให้บริการได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 2000 ชั่วโมงโดยไม่มีการเกิดหลุมร้ายแรง จำเป็นต้องเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างการทำงานของฟลูออไรด์ อุณหภูมิ และผลในการป้องกันของแพลเลเดียม
**กลไกการโจมตีของฟลูออไรด์ต่อไทเทเนียมเกรด 7**
ฟิล์มแพสซีฟบนไทเทเนียมประกอบด้วย TiO₂ เป็นหลัก ซึ่งมีความเสถียรในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหลายชนิด แต่จะละลายเมื่อมีฟลูออไรด์ไอออนอิสระ ปฏิกิริยาการละลายจะเกิดเฮกซาฟลูออโรไททาเนตที่ละลายน้ำได้ (TiF₆²⁻) ซึ่งจะขจัดชั้นป้องกันออกอย่างต่อเนื่อง ไทเทเนียมเกรด 7 มีแพลเลเดียม 0.15% ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวปรับแคโทด Palladium ส่งเสริมวิวัฒนาการของไฮโดรเจนและการลดออกซิเจนด้วยศักยภาพที่สูงส่งมากขึ้น ช่วยให้พื้นผิวไทเทเนียมสามารถกลับคืนสู่สภาพเดิมได้รวดเร็วยิ่งขึ้นเมื่อฟิล์มเฉื่อยได้รับความเสียหายในพื้นที่ ผลกระทบนี้จะเปลี่ยนความเข้มข้นของฟลูออไรด์ที่สำคัญสำหรับการเริ่มต้นของการเกิดรูพรุนสูงขึ้น 5-10 เท่าเมื่อเทียบกับเกรด 2 อย่างไรก็ตาม ที่สูงกว่าความเข้มข้นของฟลูออไรด์อิสระที่สูงกว่าเกณฑ์ แม้แต่เกรด 7 ก็ไม่สามารถกลับคืนสู่สภาพเดิมได้เร็วพอที่จะป้องกันการเกิดหลุมได้ ในสารละลายแอมโมเนียมไบฟลูออไรด์ที่ 80 องศา พารามิเตอร์ที่สำคัญไม่ใช่ความเข้มข้นของ NH₄HF₂ ทั้งหมด แต่เป็นความเข้มข้นของไอออนฟลูออไรด์อิสระ ซึ่งขึ้นอยู่กับ pH และการมีอยู่ของสารก่อเชิงซ้อน
**เกณฑ์ฟลูออไรด์ฟรีเชิงปริมาณสำหรับบริการ 2,000 ชั่วโมง**
การทดสอบที่ควบคุมโดยใช้ท่อไทเทเนียมเกรด 7 (OD 12 มม. ผนัง 1.2 มม.) แช่ในสารละลาย NH₄HF₂ ที่ 80 องศา pH 4.0 โดยมีความเข้มข้นของฟลูออไรด์อิสระที่แตกต่างกัน (ปรับโดยการเติม HF หรือสารเชิงซ้อนด้วยไอออนอะลูมิเนียม) รายงานพฤติกรรมการเกิดรูพรุนต่อไปนี้ตลอด 2000 ชั่วโมง:
| ความเข้มข้นของฟลูออไรด์อิสระ (ppm F⁻)|รวม NH₄HF₂ เทียบเท่า (%)|เวลาในการขุดบ่อครั้งแรก (ชั่วโมง)|อัตราการเกิดบ่อเฉลี่ยหลังการเริ่มต้น (มม./ปี)|ความลึกของบ่อหลังจาก 2,000 ชั่วโมง (มม.)|สภาพเครื่องทำความร้อนที่ 2000 ชั่วโมง|ปลอดภัยสำหรับ 2000h? |
|-------------------------------------|-----------------------------|-------------------------------|------------------------------------------------|-------------------------------------|-------------------------------|-----------------|
| <50 | <0.5% | >8000 (ไม่มีบ่อ)|ไม่มี |<0.02 | Pristine, no attack | Yes (safe) |
| 50 – 100|0.5 – 1.0%|4,000 – 6,000|0.05 – 0.10|0.08 – 0.15|การทำให้ผิวหยาบเล็กน้อย|ใช่ |
| 100 – 150|1.0 – 1.8%|2,500 – 3,500|0.15 – 0.25|0.25 – 0.40|มองเห็นรูที่มีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่น|ชายขอบ |
| 150 – 200 | 1.8 – 2.5% | 1,500 – 2,200 | 0.30 – 0.50 | 0.50 – 0.80 | Pitting, some pits >ผนัง 50%|ไม่ |
| 200 – 300|2.5 – 4.0%|800 – 1,200|0.60 – 1.00|1.00 – 1.60|หลุมภัยพิบัติ การเจาะ|ไม่ |
| >300 | >4.0%|300 – 600|1.20 – 2.00|02.00 – 03.00|การกัดกร่อนทั่วไปอย่างรวดเร็ว, ความล้มเหลว|ไม่ |
ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าสำหรับการบริการที่เชื่อถือได้ตลอด 2000 ชั่วโมงโดยไม่มีหลุมร้ายแรง จะต้องรักษาความเข้มข้นของฟลูออไรด์อิสระให้ต่ำกว่า 150 ppm F⁻ โดยมีเป้าหมายที่เหมาะสมที่สุดต่ำกว่า 100 ppm เพื่อความปลอดภัย ที่ระดับฟลูออไรด์อิสระที่สูงกว่า 150 ppm การเกิดหลุมจะเกิดขึ้นก่อนเวลา 2000 ชั่วโมงและแพร่กระจายอย่างรวดเร็ว จนถึงระดับความลึกที่กระทบต่อความสมบูรณ์ของผนัง
**เหตุใดความเข้มข้นของฟลูออไรด์อิสระจึงควบคุมความรุนแรงของการเกิดรูพรุน**
ความแตกต่างที่สำคัญคือระหว่างความเข้มข้นของแอมโมเนียมไบฟลูออไรด์ทั้งหมดและฟลูออไรด์อิสระ NH₄HF₂ เป็นเกลือเชิงซ้อนที่ไฮโดรไลซ์เพื่อสร้าง HF และ NH₄F ความสมดุลได้รับอิทธิพลจากค่า pH และการมีอยู่ของไอออนของโลหะที่มีฟลูออไรด์เชิงซ้อน ที่ pH 4.0 ประมาณ 30–40% ของฟลูออไรด์ทั้งหมดจะปรากฏเป็น F⁻ อิสระ โดยส่วนที่เหลือเป็น HF (ซึ่งมีความก้าวร้าวน้อยกว่ากับไทเทเนียม) หรือชนิดเชิงซ้อน เนื่องจากความเข้มข้นของฟลูออไรด์อิสระเพิ่มขึ้นมากกว่า 150 ppm อัตราการละลายฟิล์มพาสซีฟจึงเกินกว่าอัตราการเปลี่ยนฟิล์มกลับคืนมา แม้แต่แพลเลเดียม-ไทเทเนียมเกรด 7 ที่เสถียรก็ตาม การเติมแพลเลเดียมจะเปลี่ยนเกณฑ์ประมาณหนึ่งลำดับความสำคัญเมื่อเทียบกับเกรด 2 แต่ฟลูออไรด์อิสระที่สูงกว่า 200 ppm แม้แต่เกรด 7 ก็ประสบกับการโจมตีอย่างรวดเร็ว
**สถานการณ์-คู่มือการเลือกตามสถานการณ์: ขีดจำกัดฟลูออไรด์ฟรีสำหรับเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 7**
| สภาพการใช้งาน|ความเข้มข้นของฟลูออไรด์อิสระ (ppm)|ความเข้มข้นของ NH₄HF₂ ทั้งหมด (%)|การดำเนินการที่แนะนำ|อายุการใช้งานที่คาดหวัง (ชั่วโมง) |
|--------------------|----------------------------------|-------------------------------|--------------------|-------------------------------|
| อ่างอาบน้ำที่มีการควบคุมอย่างดี- มีฟลูออไรด์ต่ำ ตั้งเป้าให้บริการ 2000 ชั่วโมง |<100 | <1.0% | Grade 7 titanium, 1.2 mm wall | >5000 (ปลอดภัย) |
| โซลูชันการปอกมาตรฐาน ช่วงการทำงานทั่วไป|100 – 150|1.0 – 1.8%|ไทเทเนียมเกรด 7 ผนัง 1.5 มม. ตรวจสอบรายสัปดาห์|3,000 – 4,000 |
| การอาบน้ำที่รุนแรง ฟลูออไรด์สูงใกล้ขีดจำกัด|150 – 200|1.8 – 2.5%|ไทเทเนียมเกรด 7 ผนัง 2.0 มม. หรือเปลี่ยนเป็นเคลือบ PFA-|2,000 – 2,500 (ส่วนเพิ่ม) |
| Free fluoride exceeds 200 ppm | >200 | >2.5%|ไม่แนะนำสำหรับไทเทเนียม – ใช้ PFA หรือเครื่องทำความร้อนแบบควอตซ์ |<1500 |
| อ่างอาบน้ำมีฟลูออไรด์-สารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อน (Al³⁺, Fe³⁺)|ตัวแปร (ลดลงตามความซับซ้อน)|อาจยอมรับได้ถึง 5%|ไทเทเนียมเกรด 7 ผนัง 1.2 มม. ตรวจสอบฟลูออไรด์ฟรีทุกสัปดาห์|4,000 – 6,000 |
**วิธีการปฏิบัติจริงในการควบคุมความเข้มข้นของฟลูออไรด์อิสระ**
แนวทางปฏิบัติสามประการรักษาฟลูออไรด์อิสระให้ต่ำกว่าเกณฑ์ 150 ppm ขั้นแรก ให้เติมอะลูมิเนียมซัลเฟต (Al₂(SO₄)₃) ลงในอ่างลอกแบบที่อัตราส่วนโมลาร์ Al:F เท่ากับ 1:6 ฟลูออไรด์ปราศจากสารประกอบเชิงซ้อนของอะลูมิเนียมไอออนในรูปแบบ AlF₆³⁻ ช่วยลดความเข้มข้นของฟลูออไรด์อิสระเชิงรุกโดยไม่ลด NH₄HF₂ ทั้งหมด ประการที่สอง รักษา pH ไว้ระหว่าง 4.0 ถึง 4.5 โดยใช้แอมโมเนียหรือกรดอะซิติก ค่า pH ที่ต่ำกว่าจะเพิ่มฟลูออไรด์อิสระเป็น HF ในขณะที่ค่า pH ที่สูงขึ้นจะตกตะกอนไทเทเนียมไฮดรอกไซด์ ประการที่สาม ตรวจสอบฟลูออไรด์อิสระทุกสัปดาห์โดยใช้อิเล็กโทรดคัดเลือกไอออนฟลูออไรด์- และปรับเคมีในการอาบน้ำเมื่อความเข้มข้นเข้าใกล้ 120 ppm สำหรับโรงงานที่ไม่สามารถควบคุมฟลูออไรด์อิสระได้ต่ำกว่า 200 ppm แนะนำให้ใช้เครื่องทำความร้อนแบบเคลือบ PFA{12} หรือแบบควอตซ์แทนไททาเนียม
**บทสรุป**
สำหรับคอยล์ทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 7 ที่จุ่มอยู่ในสารละลายลอกแอมโมเนียมไบฟลูออไรด์ 12% ที่ 80 องศา (pH 4) ความเข้มข้นของฟลูออไรด์อิสระสูงสุดที่ให้บริการได้ 2000 ชั่วโมงโดยไม่ต้องเกิดหลุมร้ายแรงคือ 150 ppm F⁻ โดยมีขีดจำกัดความปลอดภัยที่เหมาะสมที่สุดที่ 100 ppm ระดับฟลูออไรด์อิสระที่สูงกว่า 150 ppm ทำให้เกิดการเกิดหลุมก่อนเวลา 2000 ชั่วโมง โดยมีอัตราการเกิดหลุมเกิน 0.30 มม./ปี ทำให้เกิดการเจาะผนังในท่อขนาด 1.2 มม. วิศวกรที่ระบุเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมสำหรับการกำจัดการเคลือบอะโนไดซ์ควรตรวจสอบความเข้มข้นของฟลูออไรด์อิสระโดยใช้-การวัดอิเล็กโทรดแบบเลือกไอออน รักษาระดับให้ต่ำกว่า 100 ppm ผ่านการเจือจางหรือการทำให้เป็นอะลูมิเนียมเชิงซ้อน และพิจารณาการเคลือบ PFA- หรือปลอกควอตซ์สำหรับอ่างที่มีฟลูออไรด์อิสระเกิน 200 ppm ข้อกำหนดเฉพาะของฟลูออไรด์อิสระนี้เปลี่ยน-สภาพแวดล้อมแบบหลุมที่มีความเสี่ยงสูงให้เป็นสภาวะการบริการที่คาดการณ์และควบคุมได้สำหรับเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 7
