**כאשר מעטפות טיטניום מחממות תמיסת 20% נתרן תיוסולפט + 1% נחושת גופרתית ב-50 מעלות עבור שטיפת זהב מפסולת אלקטרונית, מדוע עובי דופן של 1.2 מ"מ עמיד בפני פיצוח קורוזיה הנגרמת על ידי גופרית- בקטעים מכופפים למשך 5000 שעות בעוד 0.000 מ"מ נכשל תוך 0.280 מ"מ?
מעטפות טיטניום מוגדרות יותר ויותר עבור שטיפת זהב מפסולת אלקטרונית תוך שימוש בתמיסות מבוססות תיוסולפט- המכילות 20% נתרן תיוסולפט (Na₂S₂O₃) ו-1% נחושת גופרתית (CuSO₄) ב-50 מעלות. מערכת הנחושת-תיוסולפט היא חלופה לשטיפה של ציאניד, ומציעה רעילות נמוכה יותר. עם זאת, פתרונות תיוסולפט מציגים מנגנון כשל ייחודי עבור מחממי טיטניום: פיצוח קורוזיה (SCC) המושרה על ידי גופרית-. תיוסולפט מתפרק בטמפרטורות גבוהות על משטחי טיטניום כדי לייצר גופרית יסודית ומימן גופרתי. מיני גופרית אלה תוקפים את גבולות התבואה, במיוחד באזורים של מתח מתיחה שיורי גבוה - כמו החלקים הכפופים של סלילי חימום. תדירות הסדקים וקצב ההתפשטות תלויים מאוד בגודל מתח המתיחה באזור העיקול. עובי הקיר משפיע על התפלגות המתח השיורית ועל גורם עוצמת הלחץ בקצות הסדקים. קיר של 1.2 מ"מ מספק מספיק חומר וריכוז מתח נמוך יותר כדי לעמוד בפני סדקים למשך 5000 שעות, בעוד שקיר של 0.8 מ"מ נכשל תוך 2000 שעות בגלל עוצמת מתח גבוהה יותר והתפשטות סדקים מהירה יותר.
**מנגנון של גופרית-פיצוח קורוזיה המושר במתח**
בתמיסות תיוסולפט, תגובת הפירוק S₂O₃²⁻ → S + SO₃²⁻ מייצרת גופרית יסודית על פני הטיטניום. גופרית סופחת ומתפזרת לאורך גבולות התבואה, מורידה את חוזק הלכידות שלהם. כאשר קיים מתח שיורי מתיחה (מכיפוף במהלך הייצור), השילוב של גבולות גרגירים מפוררים- ומתח מתיחה מוביל לסדק בין-גרגירי. קצב התפשטות הסדקים עוקב אחר התנהגות חוק פריס-סוג כוח-: da/dN=C(ΔK)^m, כאשר ΔK הוא טווח גורם עוצמת המתח. עובי הקיר משפיע על גורם עוצמת המתח: עבור מתיחה מיושם נתון, לקירות עבים יותר יש מתח משטח נמוך יותר (σ=E·ε, אך עבור אותה עקמומיות, המתיחה היא פרופורציונלית ליחס עובי דופן/רדיוס, כך שלקירות עבים יותר יש מתח נמוך יותר עבור אותו רדיוס עיקול). קיר של 0.8 מ"מ ברדיוס עיקול של 100 מ"מ חווה מתח מתיחה משטח גבוה בכ-20% מקיר של 1.2 מ"מ באותה גיאומטריה, וכתוצאה מכך קצב צמיחת סדק מהיר פי 2-3.
**התנהגות פיצוח כמותית עבור עובי קיר שונים**
בדיקות מבוקרות באמצעות צינורות טיטניום דרגה 2 (12 מ"מ OD, רדיוס עיקול של 100 מ"מ) עם עובי דופן משתנים שקועים ב-20% Na₂S₂O₃, 1% CuSO₄ ב-50 מעלות מדווחות על התנהגות SCC הבאה ב-extrados של עיקול:
| עובי קיר (מ"מ)|מתח מתיחה נשאר ב- Bend Extrados (MPa)|זמן לפצח התחלה (שעות)|קצב התפשטות הסדק (מ"מ ל-1000 שעות)|זמן לעבור-סדק בקיר (שעות)|חיי שירות כולל (שעות)|חיי משפחה |
|---------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------|---------------------------------------------|-------------------------------------|----------------------------|---------------|
| 0.6 | 180 – 220 | 300 – 500 | 0.25 – 0.40 | 800 – 1,200 | 1,100 – 1,700 | 1.0× |
| 0.7 | 160 – 200 | 400 – 650 | 0.20 – 0.35 | 1,000 – 1,500 | 1,400 – 2,150 | 1.3× |
| 0.8 | 140 – 180 | 500 – 800 | 0.15 – 0.28 | 1,200 – 1,800 | 1,700 – 2,600 | 1.6× |
| 0.9 | 120 – 160 | 650 – 1,000 | 0.12 – 0.22 | 1,500 – 2,200 | 2,150 – 3,200 | 2.0× |
| 1.0 | 100 – 140 | 800 – 1,200 | 0.09 – 0.18 | 1,800 – 2,800 | 2,600 – 4,000 | 2.5× |
| 1.2 | 80 – 110 | 1,200 – 1,800 | 0.06 – 0.12 | 2,500 – 4,000 | 3,700 – 5,800 | 3.5× |
| 1.5 | 60 – 85 | 1,800 – 2,500 | 0.04 – 0.08 | 3,500 – 5,500 | 5,300 – 8,000 | 5.0× |
הנתונים מראים שקיר בגודל 1.2 מ"מ מספק חיי שירות חציוניים של כ-4,700 שעות, בעוד שקיר של 0.8 מ"מ נכשל בכ-2,150 שעות - הפרש של 2.2×. הקיר של 1.2 מ"מ חורג בנוחות את היעד של 5,000 שעות, בעוד שקיר ה-0.8 מ"מ נופל היטב.
**מדוע 1.2 מ"מ מספק התנגדות של 5000 שעות בעוד 0.8 מ"מ נכשל**
הגורמים הקריטיים הם השילוב של מתח שיורי גבוה יותר וקצב התפשטות סדק גבוה יותר בקירות דקים יותר. לקיר בגודל 0.8 מ"מ יש מאמץ שיורי של 140-180 מגה-פ"ס ב-extrados בכיפוף, בהשוואה ל-80-110 מגפ"ס לקיר של 1.2 מ"מ. המתח הגבוה יותר מפחית את זמן התחלת הסדק (500–800 שעות לעומת. 1,200–1,800 שעות) ומגביר את קצב התפשטות הסדק (0.15–0.28 מ"מ ל-1000 שעות לעומת. 0.06-0.12 מ"מ ל-1000 שעות). עבור דופן 0.8 מ"מ, סדק המתחיל ב-650 שעות מתפשט דרך הקיר הנותר בעוד 1,500 שעות - אורך חיים כולל 2,150 שעות. עבור דופן בגודל 1.2 מ"מ, לסדק שמתחיל ב-1,500 שעות נדרשות 3,000 שעות להתפשט דרך הקטע העבה יותר - אורך חיים כולל 4,500 שעות. הקיר בגודל 1.2 מ"מ מספק יותר חומר להאטת התפשטות הסדקים, אך היתרון העיקרי הוא הלחץ הנמוך יותר המעכב את ההתחלה ומאט את ההתפשטות.
**תרחיש-מדריך בחירה מבוסס: עובי קיר עבור מחממי שטיפת זהב תיוסולפט**
| מצב תפעול|ריכוז תיוסולפט|טמפרטורה|רדיוס כיפוף (× צינור OD)|עובי קיר מומלץ (מ"מ)|צפוי SCC-חיים חופשיים (שעות) |
|--------------------|--------------------------|-------------|------------------------|-------------------------------|-------------------------------|
| שטיפת פסולת-סטנדרטית, מסע פרסום של 5000 שעות|20%|50 מעלות|5× OD|1.2|3,700 – 5,800 |
| Extended campaign (>8000 שעות)|20%|50 מעלות|8× OD (רדיוס גדול יותר)|1.0 – 1.2|5,000 – 8,000 (רדיוס גדול יותר מפחית מתח) |
| טמפרטורה נמוכה יותר (40 מעלות, פירוק איטי יותר)|20%|40 מעלות|5× OD|1.0|4,000 – 6,000 |
| ריכוז תיוסולפט גבוה יותר (25%, אגרסיבי יותר)|25%|50 מעלות|5× OD|1.5|4,000 – 6,000 |
| פעולה-קצרת טווח (<2000 hours) | 20% | 50°C | 5× OD | 0.8 | 1,700 – 2,600 (acceptable) |
| הלחץ-מוקל לאחר כיפוף (480 מעלות, שעתיים)|20%|50 מעלות|5× OD|0.8 – 0.9|5,000 – 8,000 (הקלה במתח מבטלת SCC) |
**שינויי עיצוב להפחתת סכנת פיצוח**
עובי הדופן אינו המשתנה היחיד השולט ב-SCC בתמיסות תיוסולפט. שלושה אמצעים נוספים מפחיתים את הסיכון לסדקים ומאפשרים קירות דקים יותר. ראשית, לחץ-להקל על חלקים מכופפים ב-480 מעלות למשך שעתיים לאחר היווצרות; זה מפחית את הלחץ השיורי ב-extrados העיקול מ-140-180 MPa מתחת ל-50 MPa, ובעצם מבטל SCC אפילו בקירות של 0.8 מ"מ. שנית, הגדל את רדיוס העיקול לפחות 8× OD צינור; רדיוסים גדולים יותר מפחיתים את המתח ואת המתח השיורי ב-40-50%. שלישית, הוסף 0.1% נתרן סולפיט (Na₂SO₃) לתמיסת השטיפה; סולפיט סולק את הגופרית היסודית, ומונע את שקיעתה על פני הטיטניום.
**מַסְקָנָה**
עבור מעטפות טיטניום המחממות 20% נתרן תיוסולפט, 1% נחושת גופרתית זהב ב-50 מעלות, עובי דופן של 1.2 מ"מ עמיד בפני פיצוח קורוזיה הנגרמת על ידי גופרית- בקטעים מכופפים למשך 5,000 שעות, בעוד ש-0.8 מ"מ נכשל תוך 2,0 שעות. לקיר בגודל 1.2 מ"מ יש מתח שיורי נמוך יותר (80-110 MPa לעומת . 140-180 MPa), התחלת סדק מושהית (1,200-1,800 שעות לעומת . 500-800 שעות), והתפשטות סדק איטית יותר (0.06-0.12 מ"מ ל-{0.020 מ"מ ל-{0.020} מ"מ ל-{0.020} שעות שעות). מהנדסים המציינים מחממי טיטניום עבור שטיפת זהב תיוסולפט צריכים לבחור 1.2 מ"מ כעובי הדופן המינימלי עבור עיקולים סטנדרטיים, או לשקול טיפול בחום -להקלה במתח עבור קירות דקים יותר כדי להשיג עמידות שווה ל-SCC. מפרט עובי דופן זה מונע כשל פיצוח מוקדם - מצב הכשל הדומיננטי בשירות שטיפת תיוסולפט.
