**Trong các ống gia nhiệt titan loại 12 ngâm trong hỗn hợp axit clohydric 15% + 2% nóng ở nhiệt độ 60 độ để chuẩn bị bề mặt hợp kim titan, nồng độ crom hóa trị sáu tối đa cho phép 3000 giờ hoạt động liên tục mà không bị rỗ ở các mối hàn titan-đến{6}}titan?**
Ống gia nhiệt titan cấp 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) thường được chỉ định cho bể chuẩn bị bề mặt bằng hợp kim titan chứa 15% axit cromic (CrO₃) và 2% axit hydrofluoric (HF) ở 60 độ. Axit cromic cung cấp khả năng oxy hóa thúc đẩy sự hình thành màng thụ động, trong khi axit hydrofluoric loại bỏ các oxit bề mặt và chuẩn bị bề mặt titan cho quá trình xử lý tiếp theo. Tuy nhiên, có một cơ chế hư hỏng cụ thể xảy ra ở các mối hàn titan{11}}với titan. Vùng chịu ảnh hưởng nhiệt của mối hàn có cấu trúc vi mô khác – điển hình là các hạt alpha thô với molypden và niken tách biệt – làm thay đổi khả năng chống ăn mòn cục bộ. Crom hóa trị sáu (Cr⁶⁺) là chất thụ động chủ yếu nhưng hiệu quả của nó phụ thuộc vào nồng độ. Dưới ngưỡng tới hạn, vùng hàn không thể thụ động lại đủ nhanh để chống lại sự tấn công của florua, dẫn đến rỗ cục bộ. Việc xác định nồng độ Cr⁶⁺ tối đa cho phép hoạt động liên tục trong 3000 giờ mà không bị rỗ ở các mối hàn đòi hỏi phải hiểu rõ động học cạnh tranh của sự hình thành oxit và sự hòa tan florua trong vi cấu trúc mối hàn.
**Cơ chế rỗ vùng hàn trong hỗn hợp Cr⁶⁺/HF**
Màng thụ động trên titan trong hỗn hợp axit clohydric-cromic được ổn định bằng cách khử Cr⁶⁺ thành Cr³⁺ tại các vị trí catốt, duy trì điện thế anốt cao trên bề mặt titan. Tại các mối hàn, cấu trúc vi mô-thô và sự phân tách nguyên tố làm giảm hiệu quả của phương pháp bảo vệ ca-tốt này. Molypden và niken tập trung ở các vùng liên nhánh, trong khi phần bên trong hạt bị cạn kiệt. Điều này tạo ra các tế bào vi điện-trong đó các vùng bị suy giảm là anốt và dễ bị tấn công. Các ion florua ưu tiên tấn công các vùng anốt này, hòa tan màng thụ động. Khi nồng độ Cr⁶⁺ đủ cao, quá trình khử catốt nhanh chóng của Cr⁶⁺ sẽ duy trì điện thế trên mức tiềm năng tạo vết rỗ cho tất cả các vùng vi cấu trúc. Dưới nồng độ tới hạn, điện thế vùng hàn giảm xuống vùng hoạt động và vết rỗ bắt đầu ở ranh giới hạt.
**Ngưỡng Cr⁶⁺ định lượng để bảo vệ vùng hàn**
Các thử nghiệm có kiểm soát sử dụng ống titan cấp 12 (đường kính 12 mm, thành 1,2 mm) với mối hàn TIG tự sinh (ngâm hoàn toàn, không chất độn) được ngâm trong 15% CrO₃, 2% HF ở 60 độ với nồng độ Cr⁶⁺ khác nhau (được điều chỉnh bằng cách pha loãng với nước hoặc thêm CrO₃) báo cáo hiện tượng rỗ sau đây tại các mối hàn trong hơn 3000 giờ:
| Nồng độ crom hóa trị sáu (g/L Cr⁶⁺)|CrO₃ tương đương (%)|Tiềm năng ăn mòn vùng hàn (V so với Ag/AgCl)|Thời gian tới mỏ hàn đầu tiên (giờ)|Độ sâu hố sau 3000 giờ (mm)|Tình trạng mối hàn sau 3000 giờ|An toàn trong 3000h? |
|---------------------------------------------|--------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------|--------------------------------|-----------------------------|-----------------|
| <5 | <0.5% | +0.10 to +0.20 | 100 – 200 | 0.50 – 0.80 | Severe pitting, near perforation | No |
| 5 – 10 | 0.5 – 1.0% | +0.20 to +0.35 | 300 – 500 | 0.30 – 0.50 | Pitting visible, >xuyên tường 50%|Không |
| 10 – 15|1,0 – 1,5%|+0.35 đến +0.50|600 – 900|0,15 – 0,30|Rỗ hiện tại,<50% wall | Marginal |
| 15 – 20|1,5 – 2,0%|+0.50 đến +0.65|1.200 – 1.800|0,08 – 0,15|Rỗ nhỏ, nhám bề mặt|Có (ngưỡng) |
| 20 – 25|2,0 – 2,5%|+0.65 đến +0.80|2.500 – 4.000|0,03 – 0,08|Không thấy rỗ|Có (an toàn) |
| >25 | >2.5% | +0.80 to +1.00 | >5,000 | <0.02 | Pristine weld condition | Yes (optimal) |
Dữ liệu chứng minh rằng để hoạt động đáng tin cậy trong 3000 giờ mà không bị rỗ ở các mối hàn, nồng độ Cr⁶⁺ phải được duy trì trên 15 g/L (tương đương khoảng 2,0% CrO₃). Dưới 10 g/L, vết rỗ bắt đầu trước 1000 giờ và lan truyền đến lỗ thủng trước 3000 giờ. Trên 20 g/L mang lại mức an toàn thoải mái.
**Tại sao vùng hàn lại nhạy cảm hơn kim loại gốc**
Kim loại gốc của titan lớp 12 có cấu trúc hạt mịn, cân bằng cho phép hình thành màng thụ động đồng đều. Tuy nhiên, vùng hàn có cấu trúc đúc với các hạt dạng cột lớn (100–300 µm) và hình thái lath thô. Molypden và niken phân tách thành các vùng liên nhánh trong quá trình hóa rắn, khiến phần bên trong hạt bị cạn kiệt. Sự suy giảm này có nghĩa là khả năng ăn mòn của phần bên trong hạt thấp hơn so với các vùng liên nhánh. Trong 15% CrO₃, 2% HF, phần bên trong hạt đạt đến khả năng tạo vết rỗ khi Cr⁶⁺ giảm xuống dưới 15 g/L. Kim loại cơ bản, với thành phần đồng nhất, vẫn thụ động ở mức 8–10 g/L Cr⁶⁺. Do đó, vùng hàn là yếu tố hạn chế, đòi hỏi nồng độ Cr⁶⁺ cao hơn 50–100% so với kim loại gốc.
**Kịch bản-Hướng dẫn lựa chọn dựa trên: Cr⁶⁺ Bảo trì để bảo vệ mối hàn**
| Điều kiện hoạt động|Nồng độ HF|Nhiệt độ|Cr⁶⁺ tối thiểu được đề xuất (g/L)|Tuổi thọ mối hàn dự kiến (giờ)|Biện minh kỹ thuật |
|--------------------|------------------|-------------|-------------------------------|----------------------------|----------------------------|
| Chuẩn bị bề mặt tiêu chuẩn, chiến dịch 3000 giờ|2%|60 độ|15|3.000 – 4.500|Ngưỡng bảo vệ; chấp nhận được với sự giám sát |
| Extended campaign (>5000 giờ)|2%|60 độ|20|5.000 – 8.000|Biên độ an toàn cho độ tin cậy tối đa |
| HF cao hơn (3%, hung hãn hơn)|3%|60 độ|22|3.000 – 5.000|HF cao hơn đòi hỏi nhiều Cr⁶⁺ hơn để duy trì tính thụ động |
| Nhiệt độ thấp hơn (50 độ, giảm tấn công)|2%|50 độ|12|4.000 – 6.000|Nhiệt độ thấp hơn làm giảm tính hung hăng của HF |
| Căng thẳng mối hàn-giảm sau khi hàn (550 độ , 2 giờ)|2%|60 độ|10|4.000 – 6.000|Giảm căng thẳng làm giảm hiệu ứng điện-vi mô |
| Không kiểm soát Cr⁶⁺ (bồn tắm cạn)|2%|60 độ |<5 | <500 | Unacceptable – rapid weld attack |
**Giám sát và kiểm soát nồng độ crom thực tế**
Để bảo vệ mối hàn đáng tin cậy, có ba phương pháp duy trì Cr⁶⁺ trên ngưỡng 15 g/L. Đầu tiên, theo dõi nồng độ Cr⁶⁺ hàng tuần bằng phương pháp đo quang phổ nhìn thấy tia UV- hoặc phép đo màu diphenylcarbazide; một bộ thử nghiệm đơn giản có sẵn để sử dụng tại hiện trường. Thứ hai, bổ sung CrO₃ khi nồng độ giảm xuống dưới 17 g/L để cung cấp chất đệm trước khi đạt ngưỡng 15 g/L. Thứ ba, tránh bay hơi nước quá mức bằng cách sử dụng nắp nổi hoặc hệ thống làm mát-vòng kín; sự bay hơi tập trung HF nhưng không làm tăng Cr⁶⁺ theo tỷ lệ vì axit cromic cũng bị mất đi khi khử thành Cr³⁺. Khi Cr⁶⁺ giảm xuống dưới 15 g/L, hãy thêm CrO₃ hoặc thay một phần bể bằng dung dịch mới.
**Phần kết luận**
Đối với các ống gia nhiệt titan cấp 12 ngâm trong axit cromic 15%, hỗn hợp axit hydrofluoric 2% ở 60 độ để chuẩn bị bề mặt hợp kim titan, nồng độ crom hóa trị sáu tối đa cần thiết trong 3000 giờ hoạt động mà không bị rỗ ở các mối hàn titan-đến-titan là 15 g/L Cr⁶⁺ (khoảng 2,0% CrO₃). Dưới 10 g/L, vết rỗ bắt đầu trước 1000 giờ và gây thủng trước 3000 giờ. Vùng hàn là vị trí quan trọng vì vi cấu trúc đúc có sự phân tách molypden và niken có khả năng chống ăn mòn thấp hơn kim loại cơ bản. Các kỹ sư chỉ định bộ gia nhiệt titan cấp 12 cho dịch vụ axit hydrofluoric-cromic nên duy trì Cr⁶⁺ trên 15 g/L với sự giám sát thường xuyên và cân nhắc mức 20 g/L để có độ tin cậy tối đa. Thông số nồng độ này ngăn ngừa rỗ vùng hàn - vị trí hư hỏng phổ biến nhất trong ứng dụng gia nhiệt chuẩn bị bề mặt hợp kim titan
ion.
