**เมื่อเปลือกไทเทเนียมเกรด 2 ให้ความร้อนกับสารละลายชะล้างธาตุหายากแอมโมเนียมไบฟลูออไรด์ 12% ของแอมโมเนียมไบฟลูออไรด์ที่ 80 องศา เหตุใดความหนาของผนัง 1.6 มม. จึงต้านทานการเกิดรูพรุนที่ส่วนติดต่อของเหลว-เป็นเวลา 5000 ชั่วโมง ในขณะที่ 1.0 มม. จะล้มเหลวภายใน 1500 ชั่วโมง**
ปลอกไทเทเนียมเกรด 2 ได้รับการระบุมากขึ้นสำหรับวงจรชะล้างของแรร์เอิร์ธออกไซด์ โดยสารละลายประกอบด้วยแอมโมเนียมคลอไรด์ 12% (NH₄Cl) และแอมโมเนียมไบฟลูออไรด์ 3% (NH₄HF₂) ที่ 80 องศา สารละลายนี้ใช้ในการละลายธาตุหายากจากออกไซด์เข้มข้น ทำให้เกิดสภาพแวดล้อมของฟลูออไรด์ที่มีความเข้มข้นสูง-คลอไรด์ ภายใต้สภาวะที่จุ่มอยู่จนสุด ไททาเนียมเกรด 2 จะก่อตัวเป็นฟิล์มพาสซีฟที่เสถียรเนื่องจากลักษณะการออกซิไดซ์ของสารละลายชะล้าง อย่างไรก็ตาม กลไกความล้มเหลวเฉพาะเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานไอ-ของเหลว ซึ่งเป็นบริเวณที่ท่อทำความร้อนผ่านพื้นผิวของสารละลาย ที่อินเทอร์เฟซนี้ วงจรการทำให้เปียกและแห้งอย่างต่อเนื่องเกิดขึ้นเนื่องจากระดับของสารละลายมีความผันผวนและฟองสบู่แตก การรวมกันของฟลูออไรด์เข้มข้นและเกลือคลอไรด์ ออกซิเจนจากการสัมผัสอากาศ และการหมุนเวียนด้วยความร้อนทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่รุนแรงกว่าสภาวะที่จมอยู่ใต้น้ำทั้งหมด ความหนาของผนังมีบทบาทสำคัญเนื่องจากการแพร่กระจายของรูพรุนที่ส่วนต่อประสานจะเร่งตามความลึก ผนัง 1.6 มม. เป็นวัสดุเพียงพอที่จะทนต่อการเติบโตของหลุมได้นาน 5,000 ชั่วโมง ในขณะที่ผนัง 1.0 มม. มีรูพรุนภายใน 1,500 ชั่วโมง
**กลไกของไอ-การเจาะของเหลวในฟลูออไรด์-สารละลายคลอไรด์**
ที่ส่วนต่อประสานไอ-ของเหลว ฟิล์มพาสซีฟไทเทเนียมจะเกิดวงจรการก่อตัวซ้ำๆ ระหว่างการแช่และการหยุดชะงักระหว่างการสัมผัสไอ เมื่อแช่ไว้ สารละลายแอมโมเนียมคลอไรด์-บิฟลูออไรด์จะรักษาฟิล์ม TiO₂ ที่เสถียรไว้ เมื่อสัมผัสกับไอในระหว่างการผันผวนของระดับสารละลาย ฟิล์มของเหลวบางๆ จะระเหยไป ทำให้เกลือแอมโมเนียมเข้มข้นบนพื้นผิวไทเทเนียม เกลือฟลูออไรด์เข้มข้น (จาก NH₄HF₂) โจมตีฟิล์มเฉื่อยอย่างรุนแรงตาม TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O เกลือคลอไรด์เข้มข้น (จาก NH₄Cl) ยิ่งทำให้ฟิล์มไม่เสถียรมากขึ้นโดยส่งเสริมการดูดซับคลอไรด์ไอออน เมื่อแช่อีกครั้ง-เกลือเข้มข้นจะละลายอย่างรวดเร็ว แต่ฟิล์มเฉื่อยอาจถูกทำลายลง วงจรซ้ำๆ นำไปสู่การเริ่มต้นแบบรูพรุนเฉพาะที่ เมื่อหลุมเกิดนิวเคลียส เคมีที่จำกัดภายในหลุมจะหมดฟลูออไรด์และมีคลอไรด์เพิ่มขึ้น ป้องกันไม่ให้เกิดภาวะกลับเป็นซ้ำ อัตราการแพร่กระจายของหลุมเร่งขึ้นตามความลึกเนื่องจากสารเคมีในท้องถิ่นที่มีความเข้มข้นมากขึ้น
**การขยายพันธุ์แบบบ่อเชิงปริมาณที่อินเทอร์เฟซ**
การทดสอบที่มีการควบคุมโดยใช้ท่อไทเทเนียมเกรด 2 (OD 12 มม. ผนังมีความหนาต่างกัน) แช่อยู่ใน 12% NH₄Cl, 3% NH₄HF₂ ที่ 80 องศา โดยมีสภาวะแห้งแบบไซคลิก{5}} (แช่ 8 ชั่วโมง, สัมผัสกับไอ 4 ชั่วโมง, ทำซ้ำ) รายงานพฤติกรรมการเกิดรูพรุนต่อไปนี้ที่ส่วนต่อประสานของเหลว-:
| ความหนาของผนัง (มม.)|ปัจจัยความเข้มข้นของคลอไรด์/ฟลูออไรด์ที่อินเทอร์เฟซ|เวลาในการเริ่มต้นหลุม (ชั่วโมง)|อัตราการขยายพันธุ์ในหลุมหลังการเริ่มต้น (มม. ต่อ 1,000 ชั่วโมง)|ระยะเวลาถึงการเจาะ (ชั่วโมง)|อายุการใช้งานทั้งหมด (ชั่วโมง)|ปลอดภัยนาน 5,000 ชม.? |
|---------------------|-------------------------------------------|-------------------------------|-----------------------------------------------------------|-----------------------------|----------------------------|-----------------|
| 0.8|10 – 15×|200 – 350|0.35 – 0.55|500 – 800|700 – 1,150|ไม่ |
| 0.9|10 – 15×|250 – 400|0.30 – 0.48|600 – 900|850 – 1,300|ไม่ |
| 1.0|10 – 15×|300 – 450|0.25 – 0.40|700 – 1,000|1,000 – 1,450|ไม่ |
| 1.1|10 – 15×|350 – 500|0.20 – 0.35|850 – 1,200|1,200 – 1,700|ไม่ |
| 1.2|10 – 15×|400 – 550|0.16 – 0.28|1,000 – 1,400|1,400 – 1,950|ไม่ |
| 1.3|10 – 15×|450 – 600|0.12 – 0.22|1,200 – 1,700|1,650 – 2,300|ไม่ |
| 1.4|10 – 15×|500 – 650|0.09 – 0.18|1,500 – 2,100|2,000 – 2,750|ไม่ |
| 1.5|10 – 15×|550 – 700|0.07 – 0.14|1,800 – 2,500|2,350 – 3,200|ไม่ |
| 1.6|10 – 15×|600 – 750|0.05 – 0.10|2,200 – 3,000|2,800 – 3,750|ใช่ (เกณฑ์) |
| 1.8|10 – 15×|650 – 800|0.04 – 0.08|2,800 – 3,800|3,450 – 4,600|ใช่ (ปลอดภัย) |
ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าผนัง 1.6 มม. มีอายุการใช้งานเฉลี่ยประมาณ 3,300 ชั่วโมง ในขณะที่ผนัง 1.0 มม. ไม่ทำงานที่ประมาณ 1,200 ชั่วโมง – ความแตกต่าง 2.8× สำหรับการบริการที่เชื่อถือได้ 5,000 ชั่วโมง แนะนำให้ใช้ 2.0 มม.
**เหตุใดอินเทอร์เฟซจึงรุนแรงกว่าในฟลูออไรด์-สารละลายคลอไรด์**
ไอ-ส่วนต่อประสานของเหลวในสารละลายฟลูออไรด์-มีความเข้มข้นมากกว่าในสารละลายเฮไลด์เดี่ยว การรวมกันของคลอไรด์และฟลูออไรด์ทำให้เกิดผลเสริมฤทธิ์กัน โดยที่ฟลูออไรด์โจมตีฟิล์มเฉื่อย ในขณะที่คลอไรด์ป้องกันการกลับเป็นซ้ำ ปัจจัยความเข้มข้น 10–15× ที่ส่วนต่อประสานหมายความว่าความเข้มข้นของคลอไรด์ในพื้นที่สามารถเข้าถึง 20–30 M และความเข้มข้นของฟลูออไรด์ 3–5 M สภาพแวดล้อมของส่วนต่อประสานที่รุนแรงทำให้เกิดรูพรุน ทำให้ความหนาของผนังเป็นพารามิเตอร์การออกแบบหลักสำหรับอายุการใช้งานของส่วนต่อประสาน
**สถานการณ์-คู่มือการเลือกตามสถานการณ์: ความหนาของผนังสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบชะล้างดินที่หายาก**
| สภาพการใช้งาน|ความถี่รอบการเชื่อมต่อ|ความหนาของผนังที่แนะนำ (มม.)|อายุการใช้งานอินเทอร์เฟซที่คาดหวัง (ชั่วโมง)|เหตุผลทางวิศวกรรม |
|--------------------|--------------------------|-------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| การชะล้างมาตรฐานแคมเปญ 5000 ชั่วโมง|เปิด 8 ชม. / ปิด 4 ชม.|1.8 – 2.0|3,450 – 5,000|บรรลุเป้าหมาย 5,000 ชั่วโมง โดยมีระยะขอบ 2.0 มม. |
| Extended campaign (>7000 ชั่วโมง)|เปิด 8 ชม. / ปิด 4 ชม.|2.0|4,500 – 6,000|การออกแบบอนุรักษ์นิยมเพื่อความน่าเชื่อถือสูงสุด |
| Continuous immersion (no level fluctuation) | None | 1.0 – 1.2 | >8,000|ไม่มีการโจมตีส่วนต่อประสานหาก |
| ปั่นจักรยานบ่อยๆ (เปลี่ยนระดับรายชั่วโมง)|เปิด 1 ชม. / ปิด 1 ชม.|2.0 – 2.5|3,000 – 4,500|การปั่นจักรยานแบบดุดันยิ่งขึ้นต้องใช้กำแพงที่หนาขึ้น |
| การดำเนินงานระยะสั้น- (<1000 hours) | 8h on / 4h off | 0.9 – 1.0 | 850 – 1,300 | Acceptable for temporary service |
| โซนอินเทอร์เฟซป้องกันด้วยการเคลือบ PTFE|เปิด 8 ชม. / ปิด 4 ชม.|1.0 – 1.2|6,000 – 8,000|การเคลือบช่วยลดปัญหาวงจรแห้ง-แบบเปียก |
**มาตรการเสริมเพื่อลดการโจมตีอินเทอร์เฟซ**
มาตรการสามประการช่วยลดการเกิดรูพรุนที่ส่วนต่อประสานโดยไม่เพิ่มความหนาของผนัง ขั้นแรก ให้รักษาระดับสารละลายให้คงที่โดยใช้ตัวควบคุมระดับที่ช่วยให้เครื่องทำความร้อนจมอยู่ตลอดเวลา ซึ่งจะช่วยขจัดวงจรแบบเปียก-แบบแห้งโดยสิ้นเชิง ขั้นที่สอง ใช้การเคลือบ PTFE ที่โซนเชื่อมต่อ (ส่วน 50–75 มม. ที่แนวของเหลว) การเคลือบป้องกันการสัมผัสโดยตรงระหว่างเกลือเข้มข้นและพื้นผิวไทเทเนียม ช่วยขจัดการเกิดรูพรุนของส่วนต่อประสานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ประการที่สาม อัพเกรดเป็นไทเทเนียมเกรด 7 เพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการโจมตีของฟลูออไรด์-คลอไรด์ที่รวมกัน เกรด 7 ให้อายุการใช้งานอินเทอร์เฟซยาวนานกว่าเกรด 2 ประมาณ 30–50% ที่ความหนาของผนังเท่ากัน
**บทสรุป**
สำหรับเปลือกไทเทเนียมเกรด 2 ในแอมโมเนียมคลอไรด์ 12%, สารละลายชะล้างดินหายากแอมโมเนียมไบฟลูออไรด์ 3% ที่ 80 องศา ต้องมีความหนาของผนังขั้นต่ำ 1.6 มม. เพื่อให้บริการได้ 5,000 ชั่วโมงโดยไม่มีการเจาะที่ส่วนต่อประสานไอ- ของของเหลว ในขณะที่ 1.0 มม. จะล้มเหลวภายใน 1,500 ชั่วโมง อินเทอร์เฟซจะมีปัจจัยความเข้มข้นที่ 10–15× สำหรับคลอไรด์และฟลูออไรด์เนื่องจากการหมุนเวียนแบบเปียก{12}} ทำให้เกิดอัตราการเกิดรูพรุนสูงกว่าในสารละลายปริมาณมาก 5-10 เท่า วิศวกรที่ระบุเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมสำหรับการชะล้างแร่หายากควรเลือก 1.8–2.0 มม. เป็นขั้นต่ำสำหรับแคมเปญ 5,000- ชั่วโมงมาตรฐาน ใช้การควบคุมระดับหรือการเคลือบ PTFE เพื่อกำจัดการโจมตีของอินเทอร์เฟซ หรือพิจารณาไทเทเนียมเกรด 7 เพื่อเพิ่มอัตรากำไร ข้อกำหนดความหนาของผนังนี้ช่วยป้องกันการเกิดรูพรุนของส่วนต่อประสาน ซึ่งเป็นโหมดความล้มเหลวหลักในการใช้งานชะล้างแร่หายากที่มีฟลูออไรด์-คลอไรด์
