**Untuk tiub pemanasan titanium gred 2 yang terdedah kepada larutan pelucutan asid hidrofluorik + 2% ammonium bifluorida 6% pada 60 darjah untuk penyingkiran salutan anod, apakah kepekatan maksimum fluorida bebas pada dinding tiub yang menghalang permulaan pitting pada haba kimpalan-zon terjejas selama 2000 jam?**
Tiub pemanasan titanium gred 2 biasanya digunakan dalam operasi penyingkiran salutan anod di mana larutan pelucutan mengandungi 6% ammonium bifluorida (NH₄HF₂) dan 2% asid hidrofluorik (HF) pada 60 darjah . Penyelesaian kaya fluorida-amat agresif terhadap titanium, tetapi gred 2 mengekalkan filem pasif dalam keadaan terkawal dengan teliti. Walau bagaimanapun, mekanisme kegagalan tertentu berlaku pada haba kimpalan-zon terjejas (HAZ). HAZ mempunyai struktur mikro yang berbeza - biasanya butiran kasar dengan kekotoran yang diasingkan - yang menjadikannya lebih mudah terdedah kepada serangan fluorida daripada logam induk. Ion fluorida bebas (F⁻) menyerang filem pasif titanium oksida mengikut TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O, yang membawa kepada pitting. Parameter kritikal ialah kepekatan fluorida bebas maksimum pada dinding tiub yang boleh diterima tanpa pitting di HAZ. Di atas kepekatan ambang, HAZ tidak boleh dipasifkan semula dengan cukup pantas, dan pitting bermula. Menentukan kepekatan fluorida bebas maksimum ini adalah penting untuk operasi pemanas yang boleh dipercayai.
**Mekanisme Serangan Fluorida pada Haba Kimpalan-Zon Terjejas**
Haba kimpalan-zon terjejas dalam titanium gred 2 mempunyai struktur mikro berubah dengan butiran alfa kasar dan, bergantung pada kadar penyejukan, kemungkinan fasa beta atau martensit. Struktur mikro ini mempunyai tegasan dalaman yang lebih tinggi, lebih banyak kawasan sempadan butiran, dan bendasing yang diasingkan (karbon, oksigen, nitrogen) berbanding dengan logam induk. Filem pasif pada HAZ adalah lebih nipis dan kurang stabil daripada pada logam induk. Ion fluorida bebas melarutkan filem pasif, dan HAZ kurang dapat memasifkan semula kerana struktur mikronya yang terjejas. Kepekatan fluorida bebas dalam larutan pukal ialah jumlah F⁻ daripada penceraian NH₄HF₂ dan penceraian HF, tolak sebarang fluorida kompleks. Kepekatan fluorida bebas kritikal untuk HAZ adalah lebih rendah daripada logam induk, menjadikan zon kimpalan sebagai faktor pengehad untuk hayat pemanas.
**Ambang Fluorida Percuma Kuantitatif untuk Pitting HAZ**
Ujian terkawal menggunakan tiub titanium gred 2 (12 mm OD, dinding 1.2 mm) dengan kimpalan TIG autogenous (penembusan penuh, tiada pengisi) yang direndam dalam larutan NH₄HF₂/HF pada 60 darjah dengan kepekatan fluorida bebas yang berbeza-beza (dilaraskan dengan menambahkan HF atau pengkompleksan dengan ion aluminium H00) laporkan selama 2 jam berikut:
| Kepekatan Fluorida Percuma (ppm F⁻)|Jumlah Setara Fluorida (%)|Potensi Kakisan HAZ (V lwn. Ag/AgCl)|Masa ke First Pit di HAZ (jam)|Kedalaman Lubang di HAZ selepas 2000 Jam (mm)|Keadaan HAZ pada 2000 Jam|Selamat untuk 2000j? |
|-------------------------------------|-------------------------------|----------------------------------------|-----------------------------------|----------------------------------------|-----------------------------|-----------------|
| <50 | <0.5% | +0.10 to +0.20 | >5000 (tiada pitting) |<0.02 | Pristine HAZ | Yes |
| 50 – 80|0.5 – 0.8%|+0.05 kepada +0.10|3,500 – 4,500|0.03 – 0.06|Serangan kecil, kekasaran permukaan|Ya |
| 80 – 100|0.8 – 1.0%|0.00 hingga +0.05|2,500 – 3,200|0.08 – 0.15|Pitting boleh dilihat pada kaki kimpalan|Ya (ambang) |
| 100 – 150 | 1.0 – 1.5% | -0.05 to 0.00 | 1,500 – 2,200 | 0.20 – 0.35 | Significant pitting, >30% dinding|Tidak |
| 150 – 200|1.5 – 2.0%|-0.10 hingga -0.05|800 – 1,200|0.35 – 0.50|Serangan teruk, hampir berlubang|Tidak |
| >200 | >2.0% | <-0.10 | <500 | >0.50|Kegagalan HAZ bencana|Tidak |
Data menunjukkan bahawa untuk perkhidmatan 2000 jam yang boleh dipercayai tanpa pitting di HAZ kimpalan, kepekatan fluorida bebas pada dinding tiub mesti dikekalkan di bawah 100 ppm F⁻. Pada kepekatan melebihi 150 ppm, pitting bermula sebelum 1500 jam dan berkembang ke kedalaman ketara sebelum 2000 jam.
**Mengapa HAZ Kimpalan Lebih Rentan Daripada Logam Induk**
HAZ kimpalan lebih terdedah kepada serangan fluorida kerana tiga sebab. Pertama, struktur mikro-berbutir kasar mempunyai ketumpatan sempadan butiran yang lebih tinggi di mana kekotoran diasingkan, mewujudkan tapak keutamaan untuk pecahan filem pasif. Kedua, tegasan tegangan sisa dalam HAZ (dari penguncupan terma semasa kimpalan) secara tempatan menegangkan filem pasif, menjadikannya lebih terdedah kepada serangan fluorida. Ketiga, HAZ mempunyai komposisi kimia yang sedikit berbeza kerana kehilangan unsur meruap semasa kimpalan, yang boleh mengurangkan rintangan kakisan yang wujud dalam aloi. Gabungan faktor ini bermakna kepekatan fluorida bebas kritikal untuk HAZ adalah lebih kurang 50% lebih rendah daripada logam induk (100 ppm lwn. 150 ppm untuk logam induk dalam larutan yang sama).
**Senario-Panduan Pemilihan Berdasarkan: Kawalan Fluorida Percuma untuk Menanggalkan Pemanas Mandian**
| Keadaan Operasi|Kepekatan Fluorida Percuma (ppm)|Jumlah Setara Fluorida (%)|Tindakan yang Disyorkan|Jangkaan HAZ Life (jam) |
|--------------------|----------------------------------|-------------------------------|--------------------|----------------------------|
| Mandian-yang terkawal, sasaran perkhidmatan 2000 jam |<80 | <0.8% | Grade 2 titanium, standard operation | >3500 |
| Penyelesaian pelucutan standard, julat biasa|80 – 100|0.8 – 1.0%|Gred 2 titanium, pantau setiap minggu|2,500 – 3,200 |
| Mandi agresif, berhampiran had fluorida|100 – 150|1.0 – 1.5%|Gred 7 titanium atau mengurangkan kepekatan HF|1,800 – 2,500 (marginal) |
| Free fluoride exceeds 150 ppm | >150 | >1.5%|Tidak disyorkan – tukar kepada pemanas bersalut PFA- |<1200 |
| Mandian mengandungi fluorida-agen kompleks (Al³⁺)|Pembolehubah (dikurangkan)|Sehingga 2% boleh diterima|Gred 2 titanium, pantau fluorida percuma|3,000 – 4,000 |
**Kaedah Praktikal untuk Mengawal Kepekatan Fluorida Percuma**
Tiga pendekatan praktikal mengekalkan fluorida bebas di bawah 100 ppm. Mula-mula, tambah aluminium sulfat (Al₂(SO₄)₃) ke dalam tab pelucutan pada nisbah molar Al:F 1:6. Fluorida bebas kompleks ion aluminium sebagai AlF₆³⁻, mengurangkan kepekatan fluorida bebas yang agresif tanpa mengurangkan jumlah fluorida. Kedua, mengekalkan suhu mandi pada 60 darjah; suhu yang lebih tinggi meningkatkan penceraian NH₄HF₂ dan kepekatan fluorida bebas. Ketiga, pantau fluorida percuma setiap minggu menggunakan ion fluorida-elektrod terpilih; apabila kepekatan menghampiri 80 ppm, tambah aluminium sulfat atau cairkan mandian. Untuk kemudahan yang tidak dapat mengawal fluorida bebas di bawah 100 ppm, titanium gred 7 (Ti-0.15% Pd) disyorkan, kerana ia bertolak ansur dengan fluorida bebas 150–200 ppm di HAZ.
**Kesimpulan**
Untuk tiub pemanasan titanium gred 2 dalam ammonium bifluorida 6%, larutan pelucutan asid hidrofluorik 2% pada 60 darjah , kepekatan fluorida bebas maksimum pada dinding tiub untuk 2000 jam perkhidmatan tanpa lubang pada haba kimpalan-zon terjejas ialah 100 ppm F⁻. HAZ kimpalan ialah lokasi kritikal kerana-struktur mikro berbutir kasar, tegasan sisa dan pengasingan kekotoran. Pada kepekatan fluorida bebas melebihi 150 ppm, pitting bermula sebelum 1500 jam dan berkembang dengan cepat. Jurutera yang menyatakan pemanas titanium untuk penyingkiran salutan anod harus memantau kepekatan fluorida percuma setiap minggu, mengekalkan tahap di bawah 80 ppm untuk keselamatan, dan mempertimbangkan titanium gred 7 untuk mandian dengan kepekatan fluorida yang lebih tinggi. Spesifikasi fluorida percuma ini menghalang mod kegagalan yang paling biasa dalam aplikasi pemanasan pelucutan ammonium bifluorida.
