L-Ambjent Estrem
L-inċiżjoni ta 'aċidu mħallat għal applikazzjonijiet ta' finitura semikondutturi, aerospazjali u tal-metall juża kombinazzjonijiet ta 'aċidu nitriku u aċidu idrofluworiku f'temperaturi ta' 60-90 grad. Dan l-ambjent jattakka kważi l-metalli kollha. L-aċidu nitriku jipprovdi qawwa ossidanti qawwija. L-aċidu idrofluworiku jipprovdi joni tal-fluworidu li jiffurmaw kumplessi stabbli u solubbli mal-biċċa l-kbira tal-katjoni tal-metall, u jeqirdu kwalunkwe film passiv li inkella jista 'jipproteġi l-wiċċ.
Tantalu huwa wieħed mill-ftit metalli b'reżistenza utli għal dan l-ambjent. Tantalu-liga tat-tungstenu (Ta-2.5W jew Ta-10W) ittejjeb ir-reżistenza tal-korrużjoni diġà eċċellenti tat-tantalu pur permezz ta 'tisħiħ ta' soluzzjoni solida li ttejjeb ukoll ir-reżistenza għall-attakk tal-fluworidu. Dawn il-ligi jirrappreżentaw il-quċċata tar-reżistenza għall-korrużjoni metallika f'servizz ta 'aċidu mħallat.
PTFE huwa immuni għaż-żewġ aċidi. It-tqabbil huwa bejn l-aħjar materjal metalliku disponibbli-b'reżistenza għall-korrużjoni finita li tista' titkejjel-u polimeru li ma jistax jissaddad f'dan l-ambjent.
Il-Mekkaniżmu ta' Korrużjoni tat-Tungstenu-Tantalu fl-HF
Tantalu jirreżisti HF aħjar minn kwalunkwe metall kummerċjali ieħor ħlief iridju u platinu. Il-film passiv Ta₂O₅ tiegħu huwa wieħed mill-ossidi l-aktar reżistenti kimikament magħrufa. Iż-żieda tat-tungstenu ssaħħaħ il-liga u ttejjeb kemmxejn ir-reżistenza għall-attakk tal-fluworidu billi timmodifika l-istruttura elettronika tal-film passiv.
Madankollu, it-tantalu-liga tat-tungstenu mhix immuni għall-HF. Fi 80 grad f'taħlitiet ta' HNO₃-HF, il-film passiv jinħall b'rata ta' 0.005-0.02 mm/sena. Id-dissoluzzjoni hija ġeneralment uniformi iżda tista 'ssir lokalizzata f'difetti tal-wiċċ, konfini tal-qamħ, jew żoni ta' ħsara mekkanika. Grif li jippenetra l-film passiv isir sit ta 'attakk aċċellerat sakemm il-film jerġa' jifforma.
Ir-rata ta 'dissoluzzjoni uniformi hija maniġġabbli b'konċessjoni ta' korrużjoni. Ir-riskju huwa tqassim lokalizzat. Jekk partiċelli ċkejkna tal-ħadid minn għodda ssir inkorporata fil-wiċċ tat-tantalu waqt il-fabbrikazzjoni jew il-manutenzjoni, tifforma ċellula galvanika attiva. It-tantalu madwar il-partiċelli tal-ħadid jissaddad b'mod preferenzjali. Fossa tibda u tippropaga taħt l-influwenza magħquda tat-taħlita tal-aċidu u l-forza galvanika li tmexxi.
Tabella 1: Tqabbil tar-Reżistenza għall-Korrużjoni Aċidu Mħallat (20% HNO₃ + 5% HF, 80 grad)
| Parametru tal-Korrużjoni | Tantalu-Tungstenu (Ta-2.5W) | PTFE |
|---|---|---|
| Mekkaniżmu ta 'protezzjoni mill-korrużjoni | Film passiv Ta₂O₅ | Stabbiltà tal-bonds C-F inerenti |
| Rata ta' korrużjoni uniformi (mm/sena) | 0.005-0.02 | 0 |
| Riskju ta' korrużjoni lokalizzat | Baxxa iżda mhux żero (sensittività ta' kontaminazzjoni Fe) | Xejn |
| Is-sensittività għal żieda fil-konċentrazzjoni HF | Moderat (rata proporzjonali għal [HF]) | Xejn |
| Sensittività għal żieda fit-temperatura | Għoli (ir-rata tirdoppja għal kull 10-15-il grad) | Xejn (taħt 260 grad) |
| Spiża tal-materjal (relattiva) | 30-50× | 1× |
| Il-kumplessità tal-fabbrikazzjoni | Għolja ħafna (weldjar speċjalizzat; kundizzjonijiet ta' kamra nadifa) | Moderat |
| Konduttività termali (W/m·K) | 54 | 0.25 |
| Erja relattiva tal-wiċċ meħtieġa | 1.0× (linja bażi) | 3-4× |
| Prevedibbiltà tal-ħajja tas-servizz | Moderat (riskju ta' pitting stokastiku) | Għoli (kalkolu bbażat fuq il-creep{0}}) |
| Konsegwenza ta' falliment | Tnixxija f'daqqa pinhole; il-kontaminazzjoni tal-proċess | Gradwali; jinstabu bil-kejl tal-ħxuna |
Ir-Realtà tal-Fabbrikazzjoni u l-Ispejjeż
Il-liga tat-tantalu-tungstenu hija fost l-aktar materjali ta' inġinerija għaljin użati fit-tagħmir kimiku. L-ispiża tal-materja prima hija 30-50 darba dik tal-PTFE għal kull kilogramma. Il-fabbrikazzjoni teħtieġ iwweldjar speċjalizzat f'atmosfera inerta ta'-purità għolja, ħafna drabi f'kundizzjonijiet ta' cleanroom biex tiġi evitata l-kontaminazzjoni tal-wiċċ li tista' tibda korrużjoni. Il-welders għandhom ikunu ċċertifikati speċifikament għall-iwweldjar tal-metall refrattorju. Eżami mhux distruttiv ta 'kull weldjatura huwa obbligatorju.
L-ispiża tal-iskambjatur tas-sħana fabbrikat hija 10-20 darba dik ta 'ekwivalenti ta' PTFE għall-istess dazju tas-sħana. Dan il-primjum tal-ispiża jixtri skambjatur tas-sħana li huwa kompatt-grazzi għall-konduttività termali tat-tantalu ta '54 W/m·K-iżda li xorta jissaddad bil-mod u jġorr ir-riskju ta' attakk lokalizzat.
L-iskambjaturi tas-sħana PTFE għall-istess dmir huma akbar-3-4 darbiet l-erja tal-wiċċ-iżda jiswew frazzjoni daqstant u għandhom riskju ta 'korrużjoni żero. Fejn l-ispazju ta 'installazzjoni jista' jakkomoda l-impronta akbar, l-għażla ekonomika mhix ambigwa.
Ir-Riskju ta' Kontaminazzjoni tal-Proċess
Il-korrużjoni tat-tantalu tirrilaxxa joni tat-tantalu fis-soluzzjoni tal-inċiżjoni. Għal semikondutturi u applikazzjonijiet ta' finitura tal-metall ta'-preċiżjoni għolja, il-kontaminazzjoni tal-jone tal-metall f'livelli ta' partijiet-kull-biljun tista' taffettwa l-kwalità tal-proċess. Ir-rata ta' dissoluzzjoni tat-tantalu ta' 0.01 mm/sena tissarraf f'sors kontinwu ta' -livell baxx ta' kontaminazzjoni tat-tantalu.
PTFE ma jirrilaxxa l-ebda joni tal-metall. Ma fih l-ebda metalli. Is-soluzzjoni ta' l-inċiżjoni tibqa' ħielsa minn kontaminazzjoni metallika derivata mill-iskambjatur tas-sħana tul il-ħajja tat-tagħmir. Għal proċessi-sensittivi ta' kontaminazzjoni, dan huwa vantaġġ deċiżiv indipendenti mill-ispiża.
Sommarju
L-iskambjaturi tas-sħana PTFE huma immuni għal soluzzjonijiet ta 'inċiżjoni bl-aċidu mħallta ta' HNO₃-HF fi 80 grad , filwaqt li t-tantalu-liga tat-tungstenu tissaddad bil-mod permezz ta 'dissoluzzjoni passiva tal-film u ġġorr riskju ta' attakk galvaniku lokalizzat. L-ispiża materjali tat-tantalu-tungstenu hija 30-50 darba ogħla minn PTFE; l-ispiża tat-tagħmir iffabbrikat hija 10-20 darba ogħla.
PTFE jeħtieġ 3-4 darbiet l-erja tal-wiċċ għal dazju tas-sħana ekwivalenti. Fejn l-ispazju ta 'installazzjoni huwa disponibbli, PTFE jipprovdi spiża aktar baxxa, riskju ta' korrużjoni żero, u ħelsien mill-kontaminazzjoni tal-jone tal-metall. Tantalu-tungstenu huwa riżervat għal applikazzjonijiet fejn restrizzjonijiet ta 'spazju jew rekwiżiti mekkaniċi jipprekludu l-impronta akbar ta' PTFE.
L-analiżi tal-inġinerija għall-għażla tal-materjal tal-iskambjatur tas-sħana tal-inċiżjoni tal-aċidu mħallat hija disponibbli fuq is-sottomissjoni ta 'konċentrazzjonijiet tal-aċidu, temperatura operattiva, dazju tas-sħana, spazju ta' installazzjoni disponibbli u sensittività għall-kontaminazzjoni tal-metall.
