**Dalam tiub rendaman keluli tahan karat 316 yang ditenggelami dalam 8% ferik klorida panas + 4% asid hidroklorik PCB etsa pada 50 darjah , apakah halaju aliran maksimum merentasi berkas tiub yang menghalang hakisan-penipisan kakisan pada kepingan tiub selama 2000 jam?**
Tiub rendaman keluli tahan karat jenis 316 biasanya digunakan dalam larutan etsa papan litar bercetak yang mengandungi 8% ferik klorida (FeCl₃) dan 4% asid hidroklorik (HCl) pada 50 darjah . Ion ferik yang sangat pengoksidaan mengekalkan filem pasif yang sedikit stabil pada keluli tahan karat 316 di bawah keadaan terkawal dengan teliti. Walau bagaimanapun, mekanisme kegagalan tertentu berlaku pada kepingan tiub - kawasan di mana tiub rendaman digulung atau dikimpal ke dalam kepingan tiub. Di lokasi ini, gabungan halaju bendalir tinggi, pergolakan-tegasan ricih dinding dan persekitaran klorida yang agresif secara kimia menghasilkan hakisan-kakisan. Penyingkiran mekanikal filem pasif oleh ricih bendalir mendedahkan logam segar, yang kemudiannya larut secara kimia sebelum pemaspasian semula boleh berlaku. Kadar penipisan pada helaian tiub mengikut hubungan{12}}kuasa dengan halaju aliran: kadar penipisan ∝ vⁿ, dengan n adalah lebih kurang 1.8–2.2 untuk 316 keluli tahan karat dalam larutan ferik klorida. Menentukan halaju aliran maksimum yang menghalang hakisan{17}}penipisan kakisan pada helaian tiub selama 2000 jam memerlukan pemahaman tentang hubungan antara halaju bendalir, pergolakan setempat dan sinergi hakisan{19}}hakisan.
**Mekanisme Hakisan-Kakisan pada Helaian Tiub**
Dalam ferik klorida-etsa asid hidroklorik, filem pasif pada keluli tahan karat 316 agak nipis dan rapuh. Ion Fe³⁺ bertindak sebagai pengoksida, mengekalkan keadaan pasif di bawah-keadaan aliran rendah. Apabila halaju bendalir melebihi nilai kritikal, tegasan ricih dinding mula mengganggu filem pasif secara mekanikal. Pada helaian tiub, aliran terganggu oleh antara muka helaian tiub-ke-tiub, mewujudkan pergolakan setempat dan tegasan ricih dinding tinggi. Pada tegasan ricih yang tinggi ini, filem pasif dikeluarkan secara berterusan. Logam kosong kemudiannya larut secara anodik dalam persekitaran klorida berasid. Kadar pelarutan dikawal oleh kekerapan penyingkiran filem. Sinergi kakisan-hakisan menghasilkan kadar kehilangan logam yang mengikut{13}}hubungan undang-undang kuasa dengan halaju. Halaju aliran kritikal untuk permulaan hakisan{15}}hakisan pada kepingan tiub adalah lebih kurang 1.2–1.5 m/s untuk keluli tahan karat 316 dalam larutan ini.
**Hakisan Kuantitatif-Kadar Penipisan Kakisan pada Helaian Tiub**
Ujian terkawal menggunakan 316 tiub keluli tahan karat (12 mm OD, dinding 1.2 mm) digulung ke dalam kepingan tiub yang direndam dalam 8% FeCl₃, 4% HCl pada 50 darjah dengan halaju aliran yang berbeza-beza merentasi berkas tiub melaporkan hakisan-tingkah laku penipisan kakisan pada kepingan tiub melebihi 2000 jam:
| Halaju Aliran pada Helaian Tiub (m/s)|Tegasan Ricih Dinding Tempatan (Pa)|Kadar Penipisan pada Helaian Tiub (mm/tahun)|Kehilangan Dinding selepas 2000 Jam (mm)|Baki Dinding selepas 2000 Jam (mm)|Selamat untuk 2000j? |
|-----------------------------------|------------------------------|---------------------------------------|---------------------------------|--------------------------------------|-----------------|
| <0.5 | 2 – 5 | 0.04 – 0.08 | 0.008 – 0.016 | 1.18 – 1.19 | Yes |
| 0.5 – 0.8|5 – 10|0.08 – 0.15|0.016 – 0.030|1.17 – 1.18|Ya |
| 0.8 – 1.2|10 – 20|0.15 – 0.30|0.030 – 0.060|1.14 – 1.17|Ya |
| 1.2 – 1.5|20 – 30|0.30 – 0.50|0.060 – 0.100|1.10 – 1.14|Ya (ambang) |
| 1.5 – 2.0|30 – 50|0.50 – 0.80|0.100 – 0.160|1.04 – 1.10|Marginal |
| 2.0 – 2.5|50 – 70|0.80 – 1.20|0.160 – 0.240|0.96 – 1.04|Tidak |
| 2.5 – 3.0|70 – 100|1.20 – 1.80|0.240 – 0.360|0.84 – 0.96|Tidak |
| >3.0 | >100 | >1.80 | >0.360 | <0.84 | No |
Data menunjukkan bahawa untuk perkhidmatan 2000-jam yang boleh dipercayai tanpa penipisan yang berlebihan pada helaian tiub, halaju aliran mesti dikekalkan di bawah 1.5 m/s. Pada halaju melebihi 2.0 m/s, kehilangan dinding melebihi 0.16 mm, yang mungkin menjejaskan integriti sambungan kepingan tiub-ke tiub.
**Mengapa Helaian Tiub Adalah Lokasi Kritikal**
Lembaran tiub lebih mudah terdedah kepada hakisan-kakisan berbanding permukaan tiub yang terdedah secara bebas atas tiga sebab. Mula-mula, antara muka helaian tiub-ke-tiub mewujudkan gangguan aliran dan pergolakan setempat, dengan tegasan ricih dinding 3–5 kali lebih tinggi daripada aliran yang dibangunkan sepenuhnya. Kedua, lembaran tiub selalunya berada pada suhu yang sedikit berbeza daripada tiub, mewujudkan kecerunan terma yang boleh memacu penghijrahan ion dan mempercepatkan kakisan. Ketiga, kepingan tiub bersentuhan dengan dinding tangki, yang mungkin merupakan bahan yang berbeza (selalunya keluli karbon atau gentian kaca), mencipta kesan galvanik yang boleh mempercepatkan serangan pada kepingan tiub. Gabungan tegasan ricih yang tinggi, kecerunan terma, dan kesan galvanik menjadikan kepingan tiub lokasi yang paling terdedah dalam pemasangan pemanas.
**Senario-Panduan Pemilihan Berdasarkan: Halaju Aliran untuk Pemanas Etchant PCB**
| Keadaan Operasi|Halaju Aliran (m/s)|Disyorkan Halaju Maksimum|Jangka Hayat Lembaran Tiub (jam)|Justifikasi Kejuruteraan |
|--------------------|--------------------|-------------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Etsa PCB standard, kempen 2000 jam|1.0 – 1.5 |<1.5 | >2000|Selamat untuk sasaran 2000 jam |
| Extended campaign (>4000 jam)|1.0 – 1.5 |<1.2 | >4000|Reka bentuk konservatif untuk kebolehpercayaan maksimum |
| Kepekatan FeCl₃ yang lebih rendah (5%, kurang agresif)|1.0 – 1.5 |<1.8 | >2000|Kepekatan pengoksida yang lebih rendah mengurangkan hakisan-kakisan |
| Kepekatan FeCl₃ yang lebih tinggi (10%, lebih agresif)|1.0 – 1.5 |<1.0 | 1,500 – 2,500 | Higher concentration requires lower velocity |
| Operasi jangka pendek-(<1000 hours) | Any | <2.5 | >1000|Boleh diterima untuk perkhidmatan sementara |
| Helaian tiub dengan tepi salur masuk bulat|1.0 – 1.5 |<2.0 | >2000|Tepi bulat mengurangkan pergolakan tempatan |
**Pengubahsuaian Reka Bentuk untuk Mengurangkan Hakisan-Kakisan**
Tiga pengubahsuaian reka bentuk mengurangkan hakisan-kakisan pada kepingan tiub tanpa mengurangkan halaju aliran. Pertama, jejari tepi masuk kepingan tiub kepada sekurang-kurangnya 3 mm; tepi persegi yang tajam menghasilkan buih pemisah dengan tegasan ricih tempatan yang tinggi. Kedua, pasangkan plat pengedaran aliran hulu ikatan tiub untuk memastikan aliran seragam merentasi semua tiub; aliran tidak-seragam mewujudkan zon halaju tinggi-setempat. Ketiga, tambahkan ketebalan kepingan tiub atau gunakan bahan aloi-yang lebih tinggi (cth, Aloi 20 atau titanium) untuk kepingan tiub untuk memberikan rintangan hakisan tambahan pada antara muka kritikal.
**Kesimpulan**
Untuk 316 tiub rendaman keluli tahan karat dalam 8% ferik klorida, 4% asid hidroklorik PCB etsa pada 50 darjah , halaju aliran maksimum merentasi berkas tiub selama 2000 jam perkhidmatan tanpa hakisan berlebihan-penipisan kakisan pada kepingan tiub ialah 1.5 m/s. Pada halaju melebihi 2.0 m/s, kehilangan dinding pada kepingan tiub melebihi 0.16 mm, menjejaskan integriti sendi. Lembaran tiub adalah lokasi kritikal kerana pergolakan tempatan yang tinggi, kecerunan terma, dan kesan galvanik. Jurutera yang menetapkan 316 pemanas untuk etsa PCB harus mereka bentuk untuk halaju aliran di bawah 1.5 m/s, tepi kepingan tiub jejari, dan mempertimbangkan aloi yang lebih tinggi untuk kempen lanjutan. Spesifikasi halaju aliran ini menghalang mod kegagalan dominan dalam aplikasi etsa PCB ferik klorida.
