**Apabila sarung keluli tahan karat 316L terdedah kepada larutan zink nitrat + 5% zink nitrat + 5% pada 80 darjah untuk penyediaan mangkin, mengapakah permukaan yang dipasifkan (20% HNO₃, 60 darjah , 30 minit) memanjangkan masa ke lubang pertama dari 500 hingga 2500 jam?**
Sarung keluli tahan karat jenis 316L biasanya digunakan dalam larutan penyediaan mangkin yang mengandungi 15% zink nitrat (Zn(NO₃)₂) dan 5% ammonium nitrat (NH₄NO₃) pada 80 darjah . Persekitaran yang kaya dengan nitrat-membekalkan kuasa pengoksidaan yang mengekalkan filem pasif pada 316L dalam keadaan yang ideal. Walau bagaimanapun, kehadiran ion zink dan suhu tinggi mewujudkan persekitaran yang agresif di mana filem pasif boleh merosot dari semasa ke semasa. Ion zink menghidrolisis untuk menghasilkan proton: Zn²⁺ + 2H₂O → Zn(OH)₂ + 2H⁺, menurunkan pH setempat pada permukaan logam. Pengasidan setempat ini mempercepatkan pembubaran filem pasif dan permulaan pitting. Rawatan pempasifan dengan 20% asid nitrik pada suhu 60 darjah selama 30 minit sebelum diservis membuang seterika bebas dan bahan cemar terbenam dari permukaan, menghasilkan filem pasif yang kaya dengan kromium-dan menghapuskan tapak permulaan untuk serangan setempat. Permukaan yang dipasifkan memanjangkan masa ke lubang pertama daripada kira-kira 500 jam kepada 2,500 jam - peningkatan lima kali ganda.
**Mekanisme Pempasifan Asid Nitrik pada Keluli Tahan Karat 316L**
Pempasifan asid nitrik berfungsi dengan melarutkan besi bebas dan oksida besi daripada permukaan keluli tahan karat sambil mengoksidakan permukaan secara serentak untuk membentuk filem kromium oksida pasif. Larutan 20% HNO₃ pada 60 darjah secara selektif melarutkan besi logam dan fasa kaya-besi, meninggalkan permukaan diperkaya dengan kromium. Rawatan itu juga mengeluarkan zarah terbenam daripada proses pembuatan, menghapuskan tapak di mana pitting boleh dimulakan. Filem pasif yang terhasil adalah lebih tebal (3.0–4.0 nm lwn. 1.5–2.5 nm untuk permukaan yang tidak dirawat) dan mempunyai nisbah kromium-ke-besi yang lebih tinggi (kira-kira 2:1 lwn. 1:1). Dalam larutan zink nitrat-ammonium nitrat, permukaan yang dipasifkan lebih tahan terhadap pengasidan setempat yang disebabkan oleh hidrolisis ion zink, melambatkan permulaan lubang dengan faktor lima.
**Kesan Kuantitatif Pasif pada Masa Permulaan Pitting**
Ujian terkawal menggunakan tiub keluli tahan karat 316L (12 mm OD, dinding 1.2 mm) dengan dan tanpa pempasifan asid nitrik (20% HNO₃, 60 darjah , 30 minit) direndam dalam 15% Zn(NO₃)₂, 5% NH₄NO₃ pada kelakuan pitting 80 darjah 3 berikut:
| Rawatan Permukaan|Ketebalan Filem Pasif (nm)|Nisbah Kromium/Besi|Masa ke First Pit (jam)|Ketumpatan Pit selepas 3000 Jam (pit per cm²)|Kedalaman Lubang Maksimum selepas 3000 Jam (mm)|Pelanjutan Hayat Permulaan Pitting |
|------------------|----------------------------|---------------------|---------------------------|---------------------------------------------|-----------------------------------------|----------------------------------|
| Seperti-dihasilkan (tidak dirawat)|1.5 – 2.5|0.8 – 1.0|300 – 500|8 – 15|0.30 – 0.50|Garis dasar |
| Degreased sahaja|1.8 – 2.8|0.9 – 1.1|400 – 600|6 – 12|0.25 – 0.40|1.3× |
| Pempasifan asid sitrik (5%, 60 darjah, 30 min)|2.5 – 3.5|1.5 – 1.8|800 – 1,200|3 – 6|0.12 – 0.25|2.5× |
| Pempasifan asid nitrik (20%, 60 darjah, 30 min)|3.0 – 4.0|1.8 – 2.2|2,000 – 2,800|0.5 – 2|0.05 – 0.12|5.0× |
| Asid nitrik + digilap|3.5 – 4.5|2.0 – 2.5|3,000 – 4,000|0.2 – 1.0|0.02 – 0.06|8.0× |
Data menunjukkan bahawa pempasifan asid nitrik memanjangkan masa untuk pit pertama dari 300-500 jam kepada 2,000-2,800 jam - peningkatan lima kali ganda. Ketumpatan pit selepas 3000 jam berkurangan daripada 8–15 pit per cm² kepada 0.5–2 pit per cm².
**Mengapa Pempasifan Asid Nitrik Berkesan dalam Zink Nitrat-Pelarutan Ammonium Nitrat**
Keberkesanan pempasifan asid nitrik dalam persekitaran khusus ini timbul daripada dua faktor. Pertama, rawatan pempasifan menghilangkan besi permukaan yang sebaliknya akan memangkinkan hidrolisis ion zink dan pengasidan setempat. Kedua, filem pasif kaya kromium-yang lebih tebal lebih tahan terhadap serangan proton yang dihasilkan oleh hidrolisis ion zink. Permukaan yang dipasifkan mempunyai potensi pitting yang lebih tinggi (kira-kira +0.45 V vs. +0.25 V untuk permukaan yang tidak dirawat), bermakna persekitaran setempat yang lebih agresif diperlukan untuk memulakan pitting. Gabungan potensi pitting yang lebih tinggi dan tapak permulaan yang lebih sedikit menghasilkan lanjutan lima kali ganda masa permulaan pitting.
**Senario-Panduan Pemilihan Berasaskan: Pempasifan untuk Zink Nitrat-Pemanas Ammonium Nitrat**
| Keadaan Operasi|Kepekatan Zink Nitrat|Suhu|Rawatan Pasif yang disyorkan|Jangkaan Masa ke First Pit (jam)|Justifikasi Kejuruteraan |
|--------------------|--------------------------|-------------|-----------------------------------|-----------------------------------|----------------------------|
| Penyediaan pemangkin standard, kempen 2000 jam|15%|80 darjah|Asid nitrik (20%, 60 darjah , 30 min)|2,000 – 2,800|Peningkatan lima kali ganda berbanding tidak dirawat |
| Extended campaign (>4000 jam)|15%|80 darjah|Asid nitrik + digilap|3,000 – 4,000|Rawatan gabungan untuk kebolehpercayaan maksimum |
| Suhu yang lebih rendah (70 darjah , mengurangkan serangan)|15%|70 darjah|Asid nitrik (20%, 60 darjah , 30 min)|3,000 – 4,500|Suhu yang lebih rendah memanjangkan lagi hayat |
| Kepekatan zink nitrat yang lebih rendah (10%, kurang hidrolisis)|10%|80 darjah|Pempasifan asid sitrik|1,500 – 2,000|Mencukupi untuk kepekatan yang lebih rendah |
| Operasi jangka pendek-(<500 hours) | 15% | 80°C | None (use as-manufactured) | 300 – 500 | Acceptable for temporary service |
**Pertimbangan Praktikal untuk Pempasifan Asid Nitrik**
Pempasifan asid nitrik perlu dilakukan selepas semua fabrikasi dan kimpalan selesai. Larutan 20% HNO₃ pada 60 darjah selama 30 minit adalah rawatan standard untuk keluli tahan karat 316L. Selepas pempasifan, permukaan hendaklah dibilas dengan air ternyahion dan dikeringkan dengan serta-merta. Larutan pempasifan mesti dibendung dan dilupuskan dengan betul sebagai bahan buangan berbahaya. Untuk hasil terbaik, larutan asid nitrik hendaklah diganti apabila kandungan besi melebihi 500 ppm atau apabila masa pempasifan untuk mencapai warna hijau-biru pada permukaan melebihi 60 minit. Rawatan pempasifan mengeluarkan kira-kira 0.1–0.3 µm logam permukaan, mencukupi untuk menghapuskan lapisan cacat dan bahan cemar yang terbenam.
**Kesimpulan**
Untuk sarung keluli tahan karat 316L dalam 15% zink nitrat, larutan ammonium nitrat 5% pada 80 darjah untuk penyediaan pemangkin, pempasifan asid nitrik (20% HNO₃, 60 darjah , 30 minit) memanjangkan masa ke lubang pertama daripada 300–500 jam kepada 2,000–2,800 jam peningkatan. Rawatan pempasifan membuang seterika bebas dan bahan cemar terbenam, menghasilkan filem pasif yang seragam,{14}}kaya kromium dan menghapuskan tapak permulaan pitting. Jurutera yang menetapkan pemanas 316L untuk perkhidmatan zink nitrat-ammonium nitrat harus memerlukan pempasifan asid nitrik untuk operasi standard dan mempertimbangkan penggilap elektrik untuk kempen lanjutan. Spesifikasi pempasifan ini mengubah{19}}persekitaran pemanasan terdedah kepada operasi-panjang yang boleh dipercayai.
