Comment le type de lubrifiant pour l'étirage des tubes (paraffine chlorée ou bisulfure de molybdène) affecte-t-il la contamination par le fer de la surface après le nettoyage et le taux de décoloration dans l'acide acétique à 99,5 % à 100 degrés ?

Les lubrifiants d'étirage sont essentiels dans la fabrication de tubes chauffants en titane pour réduire la friction et éviter le grippage. Les paraffines chlorées et le bisulfure de molybdène (MoS₂) sont deux lubrifiants courants. Les paraffines chlorées contiennent entre 30 et 70 % de chlore et produisent des résidus difficiles à éliminer complètement. Même après le nettoyage, les traces de fer issues du processus d’étirage peuvent être complexées avec des résidus chlorés. Ce fer résiduel s'infiltre ensuite dans l'acide acétique à 99,5 % à 100 degrés pour former de l'acétate de fer [Fe(CH₃COO)₃ ou Fe(CH₃COO)₂] qui provoque une décoloration jaune à brun rougeâtre qui peut être détectée à des concentrations aussi faibles que 1 à 5 ppm. Le lubrifiant au bisulfure de molybdène laisse un résidu distinct qui est plus facile à éliminer et ne complexe pas le fer de la même manière, ce qui entraîne des taux de décoloration beaucoup plus faibles. Le lubrifiant MoS2 est particulièrement recommandé pour le service avec de l'acide acétique de haute pureté.

Comment le lubrifiant est-il contaminé et décoloré par le fer

Pendant l'étirage des tubes, les lubrifiants à base de paraffine chlorée se dissolvent et libèrent de l'acide chlorhydrique qui attaque la surface et l'outillage en titane et incruste les particules de fer dans la surface en titane. Les résidus chlorés contiennent également du fer provenant des filières d’étirage. Ces résidus contaminés par le fer sont difficiles à éliminer par les méthodes de dégraissage conventionnelles. Le fer réagit dans l'acide acétique chaud : Fe + 2CH₃COOH → Fe(CH₃COO)₂ + H₂. L'acétate ferrique se forme en présence d'air : 2Fe + 6CH₃COOH + 3/2O₂ → 2Fe(CH₃COO)₃ + 3H₂O. Les acétates de fer intensément colorés décolorent le produit de l'acide acétique. Lubrifiant au bisulfure de molybdène sans chlore, sans ramassage de fer. Son élimination est plus complète par un nettoyage alcalin, qui laisse également peu de fer en surface.

Type de lubrifiant par rapport à la contamination quantitative et à la décoloration par le fer

The data below were obtained by controlled testing of Grade 2 titanium tubes drawn with different lubricants, cleaned with an industry standard alkaline degreaser at 60°C for 10 minutes, and then placed in 99.5% acetic acid at 100°C for 500 hours. For chlorinated paraffin lubricant with chlorine content of 50 % , the residual surface iron after cleaning is 0.5-2.0 µg/cm 2 , the discoloration time to yellow tint (APHA color 10) is 50-100 hours, the discoloration time to brown tint (APHA 50) is 200-400 hours, and the concentration of iron acetate after 500 hours is 5-20 ppm. Residual iron is 0.3–1.0 µg/cm2 for chlorinated paraffin with 30% chlorine content, APHA 10 is reached in 100–200 hours, APHA 50 in 400–800 hours and iron acetate concentration is 2–10 ppm. Residual iron in molybdenum disulfide lubricant without chlorine is 0.05–0.2 µg/cm2, APHA 10 is reached in 500–1,000 hours, APHA 50 may not be reached in 1,000 hours, and iron acetate concentration is 0.5–2 ppm. Residual iron is 0.02-0.05 µg/cm2, APHA 10 is >2000 heures, et la concentration d'acétate de fer est<0.5 ppm for a no-lubricant control (experimental only, not practical).

Effet de la procédure de nettoyage sur l'efficacité de l'élimination du fer

Pour les deux types de lubrifiants, la procédure de nettoyage a un effet significatif sur le fer restant. Pour la paraffine chlorée, un simple dégraissage alcalin élimine 80 à 90 % des résidus laissant 0,5 à 2,0 µg/cm2 de fer. Un décapage à l'acide nitrique à 20 % pendant 10 minutes diminue le fer restant à 0,1–0,5 µg/cm2, ce qui est plus élevé que pour un nettoyage alcalin seul sur MoS2. Dans le cas d'un lubrifiant MoS2, seul un dégraissant alcalin fournit 0,05 à 0,2 µg/cm². Le nettoyage par ultrasons dans une solution détergente réduit le fer résiduel dans MoS 2 à 0,02-0,10 ug/cm 2. Le dégraissage à la vapeur de trichloréthylène est efficace pour les deux types de lubrifiant mais laisse quelques traces de résidus. Le nettoyage au plasma donne les teneurs en fer les plus faibles dans les deux cas, mais il est coûteux.

Guide de sélection des lubrifiants et nettoyants de service à l'acide acétique de haute pureté

Le tableau suivant donne des recommandations concernant le type de lubrifiant et le processus de nettoyage des tubes chauffants en titane pour 99,5 % d'acide acétique à 100 degrés, en fonction des limites admissibles de décoloration et des exigences de couleur du produit.

Couleur acide acétique (APHA après 500 heures) requise Schéma suggéré Lubrifiant requis Procédure de nettoyage Surface résiduelle prévue Fer (µg/cm²) Acétate de fer attendu dans l'acide (ppm)<5 (pharmaceutical grade) Molybdenum DisulfideAlkaline degrease + acid pickle + ultrasonic <0.05 <0.5 5–10 (food grade) Molybdenum disulfideAlkaline degrease plus acid pickle 0.05-0.15 0.5-1.5 10-20 (technical grade) Molybdenum disulfide Alkaline degrease just 0.15-0.30 1.5-3.0 20-50Chlorinated Paraffin with Acid Pickle 0.3-0.8 3-8 >50 (inappropriate for high purity) Chlorinated Paraffin, Degrease Only >0.8 >8 L'ingénierie au-delà de la sélection des lubrifiants

La qualité du titane n'affecte pas la contamination par le fer, mais la qualité 7 a une résistance supérieure à la corrosion dans l'acide acétique et peut être utilisée pour un service prolongé avant une décoloration due à d'autres causes. L’épaisseur de la paroi n’affecte pas directement la décoloration. La finition de surface du tube affecte également la rétention du fer, les surfaces électropolies (Ra < 0,3 µm) ont moins de surface pour piéger le fer et sont plus faciles à nettoyer. Si les radiateurs actuels sont décolorés, les dépôts d'acétate de fer peuvent être éliminés de la surface par un processus de nettoyage avec 10 % d'acide citrique à 60 degrés pendant 2 heures. Mais une fois incorporé au titane, il est difficile de l’éliminer complètement.

Spécification éclairée

Désigner le bisulfure de molybdène comme lubrifiant d'étirage pour tube chauffant en titane pour 99,5 % d'acide acétique à 100 degrés C et selon des critères de couleur stricts (APHA<10). The cleaning protocol should cover alkaline degreasing at 60°C for 10 minutes, pickling in 20% nitric acid at 50°C for 10 minutes and the final ultrasonic rinse in deionized water. If the color standards are not too high (APHA <20) alkaline degreasing alone may be sufficient. In the case of acid colour criteria less than APHA 30, discard all tubes drawn with chlorinated paraffins. Perform a leaching test on a 100 cm2 sample in 99.5% acetic acid at 100 deg C for 168 hrs; assess the acid for iron and accept only if iron is below 2 ppm. The engineer replaces chlorinated paraffin with molybdenum disulfide lubricant to reduce residual surface iron and prevent discoloration in high-purity acetic acid service.