Při jaké konkrétní kombinaci koncentrace hydroxidu sodného a povrchové teploty pláště vyžaduje 1,2 milimetrový plášť z nerezové oceli 316 výměnu každých šest měsíců v servisu ohřívače lázně na leptání hliníku?

Procesní inženýři, kteří pracují na elektrických ponorných ohřívačích v hliníkových leptacích lázních pro letecký, automobilový a elektronický průmysl, používají jako leptadlo především hydroxid sodný. Typické leptací roztoky jsou 5-15% NaOH při 60-80 stupních a odstraní oxid hlinitý a rozpustí kovový hliník. Obvykle se používá plášť z nerezové oceli 316 o tloušťce 1,2 mm, aby vyhovoval prostorovým omezením leptacích nádrží a potřebám tepelné odezvy. Vysoká koncentrace louhu, vysoká teplota a produkty rozpouštění hliníku však vedou k agresivnímu prostředí. Při určitých prahových úrovních obecná koroze napadne 1,2 mm stěnu za šest měsíců a vyžaduje výměnu na půlroční bázi. Článek specifikuje přesné koncentrace a teploty, při kterých 1,2mm plášť 316 dosáhne svého šestiměsíčního limitu životnosti.

Korozní chování 316 v hydroxidu sodném obsahujícím rozpuštěný hliník
Při teplotách pod 60 stupňů může nerezová ocel 316 zůstat pasivní a mít rychlost koroze menší než 0,1 mm za rok v roztocích hydroxidu sodného nad 5 %. Ale čím vyšší je teplota, tím méně stabilní je pasivní fólie. Leptání vytváří rozpuštěný hliník, který urychluje korozi tvorbou hlinitanových iontů, které napadají pasivní film. Rychlost koroze bez hliníku je 0,2-0,4 mm/rok při 70oC v 10% NaOH. Rychlost je 0,5–1,0 mm za rok s 10 g/l rozpuštěného hliníku. S hliníkem při 80 stupních jsou rychlosti 1,0–2,0 mm/rok. Pro plášť o tloušťce 1,2 mm je minimální konstrukční tloušťka pro tlakovou izolaci asi 0,5 mm. Průnik koroze 0,7 mm za 6 měsíců při 1,4 mm/rok. Šestiměsíční limit výměny je dosažen, když kombinace koncentrace louhu, teploty a obsahu hliníku poskytuje rychlost koroze 1,2–1,8 mm za rok.

Šestiměsíční kritické prahy životnosti
Zkoušky ponořením 316 vzorků do roztoků hydroxidu sodného s rozpuštěným hliníkem, které jsou charakteristické pro použití leptací lázně, ukazují, že 1,2 mm stěna má maximální životnost šest měsíců pro následující kombinace koncentrace louhu a teploty povrchu pláště.

Koncentrace hydroxidu sodného (hmot. %) Rozpuštěný hliník (g/L) Teplota hromadné lázně Teplota povrchu pláště při 6 W/cm2 (12 stupňů nárůst) Očekávaná doba koroze redukce 1,2 mm až 0,5 mm Životnost 5 % 5 70 stupeň 82 stupňů 0,7 mm/rok –10,4 –10 22 měsíců 5 % 10 70 stupeň 82 stupeň 0,6 – 1,0 mm/rok 0,7 – 1,2 let 8 – 14 měsíců 5 % 15 70 stupeň 82 stupeň 0,8 – 1,3 mm/rok 0,5 – 0,9 let 6 – 11 měsíců 8 % 0 stupeň {7, mm/rok 8 % 0,7 mm/rok 0,8 – 1,4 let 9 – 17 měsíců 8 % 10 65 stupeň 77 stupeň 0,8 – 1,3 mm/rok 0,5 – 0,9 let 6 – 11 měsíců 8 % 15 65 stupeň 77 stupeň 1,0 – 1,6 mm/rok 0,5 – 0,7 let
10 % 5 60 stupeň 72 stupeň 0.6 - 1.0 mm/rok 0.7 - 1.2 roky 8 - 14 měsíce
10 % 10 60 stupeň 72 stupeň 0,9 – 1,5 mm/rok 0,5 – 0,8 let 6 – 9 měsíců
10 % 15 60 stupeň 72 stupeň 1,2 – 1,9 mm/rok 0,4 – 0,6 let 5 – 7 měsíců
12 % 5 55 stupeň 67 stupňů 0,8 – 1,3 mm/rok 0,5 – 0,9 rok 6 – 11 měsíců 12 % 10 55 stupeň 67 stupeň 1,1 – 1,8 mm/rok 0,4 – 0,6 rok 5 – 7 měsíců
12 % 15 55 stupeň 67 stupeň 1,4 – 2,2 mm/rok 0,3 – 0,5 roku 4 – 6 měsíců
15 % 5 50 stupeň 62 stupňů 1,0 – 1,6 mm/rok 0,4 – 0,7 let 5 – 8 měsíců
15 % 10 50 stupeň 62 stupeň 1,3 – 2,0 mm/rok 0,4 – 0,5 roku 4 – 6 měsíců
15 % 15 50 stupeň 62 stupeň 1,6 – 2,5 mm/rok 0,3 – 0,4 roky 3 – 5 měsíců
U 10% NaOH hliníkové leptací lázně s 10 g/l rozpuštěného hliníku při 60 °C objemové teplotě s pláštěm 1,2 mm při 6 W/cm2 je povrchová teplota pláště asi 72 stupňů C. Předpokládá se, že koroze bude pokračovat rychlostí 0,9 až 1,5 mm za rok, čímž dojde ke zmenšení stěny o 5 mm až 0,5 mm. Je vhodná výměna- za šest měsíců.

Bezpečná provozní obálka 6měsíční plán výměny
Výměna je nutná pro dosažení minimální životnosti šest měsíců, než se stěna sníží na 0,5 mm Maximální bezpečná teplota sypkého hydroxidu sodného pro plášť 1,2 mm 316 při různých hustotách wattů je uvedena v následující tabulce. Hodnoty jsou pro 10 g/l rozpuštěného hliníku, reprezentativní pro leptací lázně.

Hustota wattu (nárůst teploty) Maximální objemová teplota. 5% NaOH Maximální objemová teplota. 8% NaOH Maximální objemová teplota. 10% NaOH Maximální objemová teplota. 12% NaOH Maximální objemová teplota. 15% NaOH
4 W/cm² (nárůst o 8 stupňů) 74 stupňů 68 stupňů 62 stupňů 57 stupňů 52 stupňů 6 W/cm² (nárůst o 12 stupňů) 70 stupňů 64 stupňů 58 stupňů 53 stupňů 48 stupňů 8 W/cm² (nárůst 16 stupňů) 66 stupňů 60 stupňů 504 stupňů 49 stupňů W/24 cm² 561 50 stupňů 45 stupňů 40 stupňů
Pro hliníkovou leptací lázeň, 10% NaOH, objemová teplota 60C, 6 W/cm^2 (12C vzestup, 72C povrch), je bezpečný limit objemu 58C. Ohřívač na 60 stupňů překračuje bezpečný limit a nelze zaručit životnost šesti měsíců. Snížením wattové hustoty na 4 W/cm2 (8 stupňů stoupání, 68 stupňů povrchu) dosáhnete bezpečného limitu objemu 62 stupňů, takže 60 stupňů je vhodné pro výměnu za šest-měsíců.

Změny designu pro prodloužení životnosti na více než 6 měsíců
Leptání hliníku může vyžadovat 1,2 mm 316 plášť a šestiměsíční životnost nestačí. Tři úpravy mohou prodloužit životnost. První je použití delšího ohřívače, aby se minimalizovala wattová hustota. Snížením z 6 W/cm² na 4 W/cm² z 6měsíčního režimu na 8-12měsíční režim se nárůst povrchové teploty sníží z 12 stupňů na 8 stupňů . Druhou změnou je regulace koncentrace rozpuštěného hliníku lázeňskou filtrací nebo částečnou náhradou. Snížení obsahu hliníku z 15 g/l na 5 g/l může snížit míru koroze o 30–50 %. Třetí úprava zahrnuje použití slitiny na bázi niklu, jako je Alloy 600 nebo Alloy 825. V 10–15% NaOH při 70 stupních s rozpuštěným hliníkem mají tyto materiály rychlost koroze.<0.1 mm/year, increasing the service life to 5–10 years. For long-term use, engineers should specify Alloy 825 for continuous-use aluminium etching baths using 10% NaOH at 65°C. When specifying the heaters for etching bath service, always provide the correct NaOH concentration, bulk temperature, dissolved aluminium level and the intended replacement interval. The six month replacement threshold for a 1.2 mm 316 sheath is a predictable function of these characteristics therefore allowing precise prediction of heater life in aluminium etching procedures.