** 2. klases titāna iegremdējamam sildītājam 12% dzelzs hlorīda + 3% sālsskābes PCB kodinātājā 55 grādos, kāda maksimālā sienas temperatūra novērš bedru rašanos šķidruma līnijā periodisku iegremdēšanas ciklu laikā?**
2. pakāpes titāna iegremdējamie sildītāji parasti ir paredzēti iespiedshēmu plates (PCB) kodinātājiem, kuru pamatā ir dzelzs hlorīds{1}}, kas satur 12% FeCl₃ un 3% HCl 55 grādu temperatūrā. Spēcīgi oksidējošais dzelzs jons saglabā stabilu pasīvo plēvi uz titāna pilnībā iegremdētā stāvoklī. Tomēr īpašs atteices mehānisms rodas šķidruma līnijā - reģionā, kur sildītāja caurule šķērso šķīduma virsmu periodisku iegremdēšanas ciklu laikā. Kad sildītājs ir daļēji iegremdēts vai kad šķīduma līmenis svārstās, šķidruma līnija saskaras ar mitru{8}}sausu ciklu. Dzelzs hlorīda un sālsskābes iztvaikošanas koncentrācija šķidruma līnijā rada ļoti agresīvu hlorīda vidi, kurā pasīvā plēve var sadalīties. Kritiskais parametrs, kas kontrolē caurumu sākšanos šķidruma līnijā, nav tilpuma šķīduma temperatūra, bet gan maksimālā sienas temperatūra šķidruma līnijā, ko ietekmē siltuma plūsma, iegremdēšanas dziļums un oksīda plēves termiskā pretestība. Lai noteiktu maksimālo pieļaujamo sienas temperatūru, kas novērš caurumu veidošanos šķidruma līnijā 3000 stundu neregulāras darbības laikā, ir jāsaprot sakarība starp temperatūru, hlorīda koncentrācijas faktoru un pasīvās plēves stabilitāti.
** Šķidruma līnijas urbšanas mehānisms periodiskas iegremdēšanas laikā**
Pie šķidruma līnijas periodiskas iegremdēšanas laikā titāna virsma tiek pakļauta atkārtotiem cikliem. Kad FeCl₃/HCl šķīdums ir iegremdēts, tas saglabā stabilu TiO₂ plēvi temperatūrā līdz aptuveni 80 grādiem. Kad šķīduma līmenis pazeminās, vai izslēgšanas cikla laikā, kad sildītājs ir pakļauts tvaikiem, plānā šķidruma plēve iztvaiko, uz titāna virsmas koncentrējot dzelzs hlorīdu un sālsskābi. Koncentrācijas koeficients var sasniegt 10–20×, radot lokālo hlorīda koncentrāciju 5–10 M. Paaugstinātā sienu temperatūrā (virs 75 grādiem pie šķidruma līnijas) koncentrēta hlorīda, augstas temperatūras un skābekļa kombinācija no saskares ar gaisu virza titānu transpasīvajā zonā, kur pasīvā plēve sadalās. Dobumu veidošanās sākas šķidruma līnijā un ātri izplatās ierobežotās, agresīvās vietējās ķīmijas dēļ. Maksimālo sienas temperatūru šķidruma līnijā nosaka tilpuma šķīduma temperatūra (55 grādi), siltuma plūsma un titāna sienas un jebkura oksīda vai nosēdumu slāņu termiskā pretestība.
**Kvantitatīvais sienas temperatūras slieksnis šķidruma līnijas urbšanai**
Kontrolētie testi, izmantojot 2. klases titāna caurules (12 mm OD, dažādi sieniņu biezumi), kas iegremdētas 12% FeCl₃, 3% HCl 55 grādu temperatūrā ar periodiskiem iegremdēšanas cikliem (8 stundas iegremdējot, 4 stundas pakļautas tvaikiem 55 grādos), ziņo par šādu punktveida izturēšanos pie maksimālās šķidruma sienas temperatūras:
| Maksimālā sienas temperatūra pie šķidruma līnijas ( grāds )|Hlorīda koncentrācijas faktors pie šķidruma līnijas|Laiks līdz bedres uzsākšanai (stundas)|Bedres izplatīšanās ātrums (mm uz 1000 stundām)|Kalpošanas laiks līdz perforācijai 1,0 mm sienai (stundas)|Droši 3000h? |
|---------------------------------------------|---------------------------------------------|--------------------------------|-----------------------------------------|-----------------------------------------------------|-----------------|
| <65 | 8 – 10× | >5000 (bez kauliņiem) |<0.02 | >10 000|Jā (drošs) |
| 65 – 70|10 – 12×|2500 – 3500|0,08 – 0,15|4500 – 6500|Jā (drošs) |
| 70 – 75|12 – 15×|1500 – 2200|0,20 – 0,35|2500 – 3800|Margināls |
| 75 – 80|15 – 18×|800 – 1200|0,40 – 0,60|1500 – 2200|Nē |
| 80 – 85|18 – 20×|400 – 600|0,70 – 1,00|800 – 1200|Nē |
| >85 | >20× | <200 | 1.20 – 1.80 | <500 | No |
Dati liecina, ka uzticamai 3000 stundu apkalpošanai bez bedres pie šķidruma līnijas maksimālā sienas temperatūra ir jāuztur zem 70 grādiem. Pie sienas temperatūras virs 75 grādiem, bedru veidošanās sākas pirms 2000 stundām un izplatās līdz perforācijai pirms 3000 stundām.
**Kāpēc sienas temperatūra kontrolē šķidruma līnijas iedobumu**
Kritiskais temperatūras slieksnis rodas gan no hlorīda koncentrācijas, gan pasīvās plēves stabilitātes temperatūras atkarības. Palielinoties sienas temperatūrai, ūdens iztvaikošanas ātrums šķidruma līnijā palielinās eksponenciāli, izraisot augstākus hlorīda koncentrācijas faktorus. Turklāt 2. pakāpes titāna punktu veidošanās potenciāls samazinās, palielinoties temperatūrai koncentrētos hlorīda šķīdumos. Pie sienu temperatūras virs 70 grādiem punktveida potenciāls nokrītas zem korozijas potenciāla, ko nosaka Fe³⁺/Fe²⁺ redokspāris, radot dzinējspēku bedrīšu veidošanās procesam. Temperatūrā, kas zemāka par 70 grādiem, punktveida potenciāls paliek virs korozijas potenciāla, un pasīvā plēve paliek stabila pat koncentrēta hlorīda apstākļos šķidruma līnijā.
**Scenārijs{0}}Pamatots atlases ceļvedis: šķidruma līnijas temperatūras kontrole PCB kodinātāju sildītājiem**
| Ekspluatācijas stāvoklis|Šķīduma tilpuma temperatūra ( grāds )|Siltuma plūsma (kW/m²)|Nepieciešamā šķidruma līnijas sienas temperatūra|Ieteicamā darbība|Paredzamais mūžs (stundās) |
|--------------------|-------------------------------|-------------------|---------------------------------------|--------------------|-----------------------|
| Standarta PCB kodināšana, periodiska iegremdēšana|55|30 – 40 |<70°C | Use 1.0 mm wall, maintain immersion depth >50 mm|4500 – 6500 |
| Zema siltuma plūsma (konservatīvs dizains)|55|20 – 25 |<65°C | Thinner wall (0.8 mm) acceptable | >8,000 |
| High heat flux (aggressive heating) | 55 | 45 – 55 | >75 grādi|Pievienojiet aizsargu pret šļakatām, samaziniet vatu blīvumu vai izmantojiet 7. klasi|1500 – 2200 |
| Nepārtraukta iegremdēšana (bez līmeņa svārstībām)|55|Jebkurš |<80°C (bulk limited) | No liquid line issue | >5,000 |
| Īstermiņa-darbība (<1000 hours) | 55 | Any | Any | Accept higher risk | <1,500 |
| Jaunināt uz 7. klases titānu|55|40 – 50 |<80°C | Grade 7 tolerates higher wall temperature | 4,000 – 6,000 |
**Praktiski pasākumi, lai kontrolētu šķidruma līnijas sienas temperatūru**
Trīs praktiski pasākumi nodrošina šķidruma līnijas sienas temperatūru zem 70 grādiem. Vispirms pārliecinieties, ka sildītājs ir pilnībā iegremdēts ar vismaz 50 mm šķīduma virs sildītāja saišķa augšdaļas; tas novērš šķidruma līnijas veidošanos uz apsildāmās virsmas. Otrkārt, samaziniet vatu blīvumu (siltuma plūsmu), palielinot sildītāja virsmas laukumu; vatu blīvuma samazinājums par 20% samazina sienas temperatūru par aptuveni 8–10 grādiem. Treškārt, uzstādiet šļakatu aizsargu vai līmeņa kontroles sistēmu, kas uztur nemainīgu šķīduma līmeni, pilnībā novēršot slapjās{8}}sausās darbības ciklu. Iekārtām, kurās nevar garantēt iegremdēšanas dziļumu, jaunināšana uz 7. klases titānu (Ti-0,15% Pd) paaugstina sienu kritisko temperatūru līdz aptuveni 80 grādiem, nodrošinot papildu rezervi.
**Secinājums**
2. pakāpes titāna iegremdējamiem sildītājiem 12% dzelzs hlorīda, 3% sālsskābes PCB kodinātājā 55 grādu temperatūrā maksimālā sienas temperatūra šķidruma līnijā ir jāuztur zem 70 grādiem, lai novērstu bedru veidošanās rašanos periodisku iegremdēšanas ciklu laikā 3000 stundu garumā. Ja sienu temperatūra pārsniedz 75 grādus, hlorīda koncentrācijas koeficients šķidruma līnijā (12–18 ×) un samazināts punktu veidošanās potenciāls izraisa bedru veidošanās sākšanos pirms 2000 stundām. Inženieriem, kas nosaka titāna sildītājus PCB kodināšanai, ir jānodrošina pilnīga iegremdēšana, jākontrolē siltuma plūsma, lai sienas temperatūra būtu zem 70 grādiem, un jāapsver 7. klases titāna izmantošana augstas -siltuma{15}}plūsmas lietojumiem. Šī šķidruma līnijas temperatūras specifikācija novērš dominējošo atteices režīmu periodiskā PCB kodināšanas apkures pakalpojumā.
