**ב-316 צינורות טבילה מנירוסטה שקועים בחומר חם 8% כלוריד ברזל + 4% חומצה הידרוכלורית PCB ב-50 מעלות, איזו מהירות זרימה מקסימלית על פני צרור הצינורות מונעת דילול של שחיקה-קורוזיה ביריעת הצינור למשך 2000 שעות?**
צינורות טבילה מנירוסטה מסוג 316 נמצאים בשימוש נפוץ בתמיסות תחריט מעגלים מודפסים המכילים 8% כלוריד ברזל (FeCl₃) ו-4% חומצה הידרוכלורית (HCl) ב-50 מעלות. יון הברזל המחמצן מאוד שומר על סרט פסיבי יציב מעט על פלדת אל חלד 316 בתנאים מבוקרים בקפידה. עם זאת, מנגנון כשל ספציפי מתרחש ביריעת הצינור - האזור שבו צינורות הטבילה מגולגלים או מרותכים לתוך יריעת הצינור. במיקום זה, השילוב של מהירות נוזלים גבוהה, מתח גזירה-הנגרמת במערב וסביבת הכלוריד האגרסיבית מבחינה כימית מייצרת קורוזיה-שחיקה. ההסרה המכנית של הסרט הפאסיבי על ידי גזירה נוזלית חושפת מתכת טרייה, אשר לאחר מכן מתמוססת כימית לפני שהרסה חוזרת יכולה להתרחש. קצב הדילול ביריעת הצינור עוקב אחר חוק הספק- עם מהירות הזרימה: קצב הדילול ∝ vⁿ, כאשר n הוא בערך 1.8-2.2 עבור פלדת אל חלד 316 בתמיסות כלוריד ברזל. קביעת מהירות הזרימה המקסימלית המונעת דילול השחיקה-הקורוזיה ביריעת הצינור למשך 2000 שעות דורשת הבנת הקשר בין מהירות הנוזל, המערבולת המקומית וסינרגיית השחיקה-הקורוזיה.
**מנגנון שחיקה-קורוזיה ביריעת הצינור**
בתחריט חומצה הידרוכלורית-ברזל, הסרט הפסיבי על פלדת אל-חלד 316 הוא דק ושביר יחסית. יון Fe³⁺ פועל כמחמצן, שומר על המצב הפסיבי בתנאי זרימה- נמוכה. כאשר מהירות הנוזל עולה על ערך קריטי, מתח הגזירה של הקיר מתחיל לשבש באופן מכני את הסרט הפסיבי. ביריעת הצינור, הזרימה מופרעת על ידי ממשק הצינור-ל-ממשק יריעת הצינור, ויוצרים מערבולת מקומית ולחץ גזירה גבוה של הקיר. במתחי גזירה גבוהים אלו, הסרט הפסיבי מוסר ברציפות. לאחר מכן המתכת החשופה מתמוססת בצורה אנודית בסביבת הכלוריד החומצית. קצב הפירוק נשלט על ידי תדירות הסרת הסרט. סינרגיית השחיקה-הקורוזיה מייצרת שיעורי אובדן מתכות העוקבים אחר קשרי חוק-כוח עם מהירות. מהירות הזרימה הקריטית לתחילת קורוזיה בשחיקה- ביריעת הצינור היא בערך 1.2-1.5 מ'/שניה עבור נירוסטה 316 בתמיסה זו.
**שחיקה כמותית-שיעורי דילול קורוזיה ביריעת הצינור**
בדיקות מבוקרות באמצעות 316 צינורות נירוסטה (12 מ"מ OD, 1.2 מ"מ דופן) מגולגלים ליריעות צינור טבולות ב-8% FeCl₃, 4% HCl ב-50 מעלות במהירויות זרימה משתנות על פני צרור הצינורות, מדווחות על התנהגות דילול השחיקה הבאה של-קורוזיה ביריעת הצינור במשך 2000 שעות:
| מהירות זרימה ביריעת צינור (מ/ש)|מתח גזירת קיר מקומי (Pa)|קצב דילול ביריעת צינור (מ"מ/שנה)|אובדן קיר לאחר 2000 שעות (מ"מ)|הקיר הנותר לאחר 2000 שעות (מ"מ)|בטוח ל-2000 שעות? |
|-----------------------------------|------------------------------|---------------------------------------|---------------------------------|--------------------------------------|-----------------|
| <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|כן |
| 0.8 – 1.2|10 – 20|0.15 – 0.30|0.030 – 0.060|1.14 – 1.17|כן |
| 1.2 – 1.5|20 – 30|0.30 – 0.50|0.060 – 0.100|1.10 – 1.14|כן (סף) |
| 1.5 – 2.0|30 – 50|0.50 – 0.80|0.100 – 0.160|1.04 – 1.10|שולי |
| 2.0 – 2.5|50 – 70|0.80 – 1.20|0.160 – 0.240|0.96 – 1.04|לא |
| 2.5 – 3.0|70 – 100|1.20 – 1.80|0.240 – 0.360|0.84 – 0.96|לא |
| >3.0 | >100 | >1.80 | >0.360 | <0.84 | No |
הנתונים מראים כי עבור שירות אמין של 2000- שעות ללא דילול יתר ביריעת הצינור, יש לשמור על מהירות הזרימה מתחת ל-1.5 מ"ש/שניה. במהירויות מעל 2.0 מ'/שניה, אובדן הקיר עולה על 0.16 מ"מ, מה שעלול לסכן את שלמות מפרק הצינור-לשפופרת.
**מדוע יריעת הצינור הוא המיקום הקריטי**
יריעת הצינור רגישה יותר לשחיקה-לקורוזיה מאשר משטחי הצינור החשופים בחופשיות משלוש סיבות. ראשית, ממשק הצינור-ל-שפופרת יוצר הפרעה בזרימה ומערבולת מקומית, עם מתחי גזירה בקיר הגבוהים פי 3-5 מאשר בזרימה מפותחת במלואה. שנית, יריעת הצינור נמצאת לעתים קרובות בטמפרטורה מעט שונה מהצינורות, מה שיוצר שיפועים תרמיים שיכולים להניע נדידת יונים ולהאיץ קורוזיה. שלישית, יריעת הצינור נמצאת במגע עם דופן המיכל, שעשוי להיות חומר שונה (לעיתים קרובות פלדת פחמן או פיברגלס), ויוצרות אפקטים גלווניים שיכולים להאיץ את ההתקפה על יריעת הצינור. השילוב של מתח גזירה גבוה, שיפועים תרמיים ואפקטים גלווניים הופכים את יריעת הצינור למיקום הפגיע ביותר במכלול המחמם.
**תרחיש-מדריך בחירה מבוסס: מהירות זרימה עבור מחממי PCB Etchant**
| מצב תפעול|מהירות זרימה (מ/ש)|מהירות מרבית מומלצת|חיי גיליון שפופרת צפויים (שעות)|הצדקה הנדסית |
|--------------------|--------------------|-------------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| תחריט PCB סטנדרטי, קמפיין של 2000 שעות|1.0 – 1.5 |<1.5 | >2000|בטוח עבור יעד של 2000 שעות |
| Extended campaign (>4000 שעות)|1.0 – 1.5 |<1.2 | >4000|עיצוב שמרני לאמינות מירבית |
| ריכוז FeCl₃ נמוך יותר (5%, פחות אגרסיבי)|1.0 – 1.5 |<1.8 | >2000|ריכוז נמוך יותר של מחמצן מפחית שחיקה-קורוזיה |
| ריכוז FeCl₃ גבוה יותר (10%, אגרסיבי יותר)|1.0 – 1.5 |<1.0 | 1,500 – 2,500 | Higher concentration requires lower velocity |
| פעולה-קצרת טווח (<1000 hours) | Any | <2.5 | >1000|מקובל לשירות זמני |
| יריעת צינור עם קצוות כניסה מעוגלים|1.0 – 1.5 |<2.0 | >2000|קצוות מעוגלים מפחיתים מערבולות מקומית |
**שינויי עיצוב להפחתת שחיקה-קורוזיה**
שלושה שינויים בעיצוב מפחיתים שחיקה-את קורוזיה ביריעת הצינור מבלי להפחית את מהירות הזרימה. ראשית, רדיוס קצוות כניסת יריעת הצינור ל-3 מ"מ לפחות; קצוות מרובעים חדים יוצרים בועות הפרדה עם מתח גזירה מקומי גבוה. שנית, התקן צלחת חלוקת זרימה במעלה הזרם של צרור הצינורות כדי להבטיח זרימה אחידה על פני כל הצינורות; זרימה לא-אחידה יוצרת אזורי מהירות- מקומיים מקומיים. שלישית, הגדל את עובי יריעת הצינור או השתמש בחומר סגסוגת- גבוה יותר (למשל, Alloy 20 או טיטניום) עבור יריעת הצינור כדי לספק עמידות נוספת בפני שחיקה בממשק הקריטי.
**מַסְקָנָה**
עבור 316 צינורות טבילה מנירוסטה ב-8% כלוריד ברזל, 4% חומצה הידרוכלורית PCB ב-50 מעלות, מהירות הזרימה המקסימלית על פני צרור הצינורות למשך 2000 שעות שירות ללא דילול קורוזיה-שחיקה מופרז ביריעת הצינור היא 1.5 מ'/שניה. במהירויות מעל 2.0 מ"מ/שניה, אובדן הקיר ביריעת הצינור עולה על 0.16 מ"מ, מה שפוגע בשלמות המפרק. יריעת הצינור היא המיקום הקריטי בגלל מערבולות מקומית גבוהה, שיפועים תרמיים והשפעות גלווניות. מהנדסים המציינים 316 מחממים עבור תחריט PCB צריכים לתכנן עבור מהירויות זרימה מתחת ל-1.5 מטר/שניה, קצוות יריעת צינור ברדיוס, ולשקול סגסוגות גבוהות יותר עבור מסעות פרסום ממושכים. מפרט מהירות זרימה זה מונע את מצב הכשל הדומיננטי ביישומי תחריט PCB של כלוריד ברזל.
