Pour une tige chauffante en titane dans 50 % d'acide phosphorique à 100 degrés, comment la présence de 500 ppm de fluorure modifie-t-elle la température critique de piqûre et le temps de perforation d'une paroi de 1,5 mm ?
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Le titane dans 50 % d'acide phosphorique à 100 degrés est assez passif avec un taux de corrosion inférieur à 0,05 mm/an et une température critique de piqûre (CPT) d'environ 85 degrés. L'ajout de 500 ppm de fluorure (sous forme de HF ou de NaF) réduit considérablement le CPT à 50 degrés, ce qui signifie qu'à une température de fonctionnement de 100 degrés, des piqûres constantes commencent dans les 100 à 300 heures. Dans ces conditions, le temps nécessaire à la perforation d'une paroi de 1,5 mm est de 500 à 1 500 heures contre > 10 000 heures dans l'acide libre fluoré. Les ions fluorure interagissent avec les ions titane et inhibent la repassivation et accélèrent ainsi la progression des piqûres.
Mécanisme de dépression CPT induite par le fluorure
Le film passif sur titane est stable jusqu'à 85 degrés dans l'acide phosphorique pur. Le titane réagit avec les ions fluorure pour créer des complexes d'hexafluorotitanate solubles : TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O. Le processus élimine le film passif à un rythme qui augmente de façon exponentielle avec la température. À 100 degrés, le taux de complexation est suffisant pour produire une rupture locale du film au niveau des défauts de surface. Une fois qu'une fosse démarre, la concentration élevée de fluorure dans la fosse maintient un environnement agressif et la fosse se propage rapidement.
Dépendance du CPT et du temps de perforation en fonction de la concentration en fluorure : quantitative
50% H3PO4 at 100 °C with different amounts of fluoride has been developed for Grade 2 titanium by controlled testing. At 0 ppm F- the CPT is 85-90°C, no pitting is found at 100°C and the time to perforation of 1.5 mm is >10 000 heures. À 50 ppm F⁻, le CPT est abaissé à 75-80 degrés, les piqûres commencent après 1 000-2 000 h et la perforation se produit après 5 000-8 000 h. Le CPT est de 65 à 70 degrés à 100 ppm F-, les piqûres commencent au bout de 500 à 1 000 heures, la perforation au bout de 2 000 à 4 000 heures. Le CPT à 250 ppm F- est de 55 à 60 degrés et les piqûres se produisent en 200 à 500 heures et la perforation en 1 000 à 2 000 heures. À 500 ppm, le F-CPT est de 45 à 50 °C, l'initiation des piqûres est de 100 à 300 heures et la perforation est de 500 à 1 500 heures.
Guide de tolérance au fluor pour les appareils de chauffage à l’acide phosphorique
Le tableau ci-dessous indique les concentrations maximales admissibles de fluorure pour les éléments chauffants en titane de grade 2 et 7 dans 50 % de H3PO4 à 100 degrés pendant la durée de vie requise.
Required Service Life (years) Max F⁻ for Grade 2 (ppm) Max F⁻ for Grade 7 (ppm)Average time of perforation (1.5 mm wall)Recommended Action >5 < 50 < 200 > 5 ans3-5 50-100 200-300 2-5 ansSuivi trimestriel 1-3 100-250 300-400 1-3 ansUtiliser la 7e année<1 250-500 400-600 6-12 monthsReduced temperature
Inacceptable 500 600 < 6 moisAbandonnez le fluorure
Ingénierie au-delà du contrôle du fluorure
Le titane de grade 7 (stabilisé au palladium) est 15 à 20 degrés plus élevé en CPT que le grade 2 à n'importe quelle concentration de fluorure, permettant un fonctionnement sûr à 100 degrés avec jusqu'à 200 ppm F⁻. L'épaisseur de la paroi donne une tolérance de perforation de . 2.5 mm, une paroi avec 500 ppm F donne un temps de perforation de 800 à 2 500 heures . 1.5 mm donne de 500 à 1 500 heures. L'ajout d'ions aluminium (100 à 200 ppm) complexe le fluorure libre et le rend 50 à 70 % moins agressif. Le fluorure admissible augmente d'un facteur de 3 à 5 lorsque la température diminue de 100 °C à 80 °C.
Construire une spécification éclairée
Titane grade 7 pour service dans 50 % d'acide phosphorique à 100 degrés avec 500 ppm de fluorure. La durée de vie est prévue entre 500 et 1 500 heures (0,5 à 2 ans) avec une paroi de 1,5 mm. Pour une durée de vie prolongée, précipitez le fluorure avec de l'hydroxyde d'aluminium ou réduisez la température à 80 degrés ou augmentez l'épaisseur de paroi à 3,0 mm. Pendant le fonctionnement, inspectez l'appareil de chauffage tous les mois pour déceler les piqûres à l'aide d'une cartographie d'épaisseur par ultrasons. Pour le grade 7, l'ingénieur évite les piqûres rapides en service d'acide phosphorique chaud en régulant la concentration de fluorure à moins de 200 ppm.
