Утицај јона алуминијума на издржљивост ПФА
Купке са фосфорном киселином које се користе за заптивање компоненти од анодизираног алуминијума раде на 85 степени до 95 степени са концентрацијом од 5% до 10% Х₃ПО₄. Током непрекидног рада, растворени јони алуминијума се акумулирају из анодизираних делова, достижући 20 до 30 г/Л Ал³⁺. Ови јони ступају у интеракцију са површином ПФА грејача, мењајући њено механичко понашање и отпорност на микропукотине. Подаци са терена са 31 линије за анодизацију показују да ПФА грејачи у купатилима са концентрацијом Ал³⁺ изнад 25 г/Л показују 60% мање површинских микропукотина након 5000 сати у поређењу са идентичним грејачима у свежој киселини са Ал³⁺ испод 5 г/Л. Јони алуминијума модификују интерфејс полимера{15}}киселине кроз јонско умрежавање и смањену активност фосфорне киселине.
Механизам површинске пасивације посредован са јоном
Растворени јони алуминијума у врућој фосфорној киселини формирају комплексе са врстама фосфата, стварајући динамички слој богат АлПО₄- на површини ПФА. Кс- фотоелектронска спектроскопија узорака ПФА након 3000 сати у 10% Х₃ПО₄ са 25 г/Л Ал³⁺ показује алуминијум- који садржи површински филм дебљине 50 до 100 нанометара. Овај филм делује као физичка баријера која смањује даље продирање киселине у аморфне регионе ПФА. У свежој киселини без алуминијума, брзина продирања Х₃ПО₄ кроз 2,0 мм ПФА је 0,08 мг/цм²·дан на 90 степени. Са 25 г/Л Ал³⁺, брзина пермеације пада на 0,03 мг/цм²·дан, смањење од 63%. Нижа пропусност киселине значи мање пластификације и бубрења, смањујући унутрашњи стрес који покреће стварање микропукотина.
Временом се побољшава отпорност на микрокрекинг
Заштитни ефекат јона алуминијума се повећава са временом излагања како се површински филм дебља. Тестови убрзаног старења на 95 степени у 10% Х₃ПО₄ са контролисаним нивоима Ал³⁺ показују да густина микропукотина (пукотина по цм², мерена оптичком микроскопијом при увећању од 100к) после 5000 сати у великој мери зависи од концентрације јона. Узорци ПФА у свежој киселини развијају 12 до 18 микропукотина по цм², првенствено на границама сферулита. Узорци у киселини са 15 г/Л Ал³⁺ показују 5 до 8 микропукотина по цм². Са 30 г/Л Ал³⁺, густина микропукотина пада на 2 до 4 по цм², а пукотине остају плитке (< 50 microns deep) rather than propagating through the wall. The mechanism involves the aluminum-phosphate layer filling microscopic surface defects that would otherwise serve as crack initiation sites.
Дебљина зида и интеракција јона алуминијума
Заштитна предност јона алуминијума смањује потребну дебљину зида ПФА за дати радни век. У свежој фосфорној киселини без акумулације Ал³⁺, препоручује се зид од 2,5 мм за 5000-сатну услугу без микропукотина{6}}. У купатилима која раде континуирано са Ал³⁺ одржаваном изнад 20 г/Л (типично за линије за анодизацију велике запремине), зидови од 2,0 мм постижу еквивалентне перформансе од 5000 сати, са густином микропукотина испод 5 по цм². За купке са периодичним одлагањем када се Ал³⁺ кружи између 5 и 25 г/Л, наведите зидове од 2,2 мм да бисте прилагодили варијабилну заштиту. Ефекат јона алуминијума омогућава тање зидове, побољшавајући пренос топлоте (18 степени нижу унутрашњу температуру жице на 15 В/цм²) и смањујући трошкове материјала.
Отпорност на микропукотине због концентрације Ал³⁺ и дебљине зида
| Радни услови и ниво Ал³⁺ | Минимална дебљина зида ПФА за сервис од 5000 сати | Предвиђена густина микропукотина на 5000 сати (пукотине/цм²) | Доминантни режим квара ако се користи тањи зид |
|---|---|---|---|
| Свежа киселина, Ал³⁺ < 5 г/Л, континуирано | 2.5мм | 2 до 5 | Пуцање изазвано продирањем{0} |
| Акумулирано купатило, Ал³⁺ 10-15 г/Л | 2.2мм | 3 до 6 | Површинска удубљења са ограниченим размножавањем |
| Стационарно{0}} купатило, Ал³⁺ 20-25 г/Л | 2.0мм | 4 до 7 | Микропукотине остају плитке, нема пукотина кроз{0}}зидове |
| Висока акумулација, Ал³⁺ > 30 г/Л | 1.8мм | 5 до 9 | Прихватљиво за 5000х са Ал³⁺ заштитом |
| Бициклистичка купка (5-25 г/Л), недељна депонија | 2.2мм | 4 до 8 | Променљива заштита захтева дебљи зид |
Температурна осетљивост заштитног слоја
Површински слој алуминијум{0}}фосфата се најефикасније формира на температурама изнад 85 степени. Испод 80 степени, кинетика падавина се значајно успорава, а заштитна корист Ал³⁺ је смањена за 50% до 60%. За купатила са фосфорном киселином која раде на 75 степени за специфичне примене анодизације, ефекат јона алуминијума се и даље јавља, али захтева веће концентрације (изнад 30 г/Л) да би се постигла иста редукција микропукотина као 20 г/Л на 95 степени. Насупрот томе, на 100 степени, заштитни слој се формира брже, али се повећава ризик од локализованих врућих тачака и деградације полимера. Оптимални температурни опсег за максимизирање користи од јона алуминијума је од 88 до 92 степена, где се слој АлПО₄ формира једнолично без прекомерног топлотног напрезања на ПФА.
Филтрација купатила и доступност јона алуминијума
Континуирано филтрирање купатила са фосфорном киселином уклања суспендоване честице алуминијум фосфата, али не смањује концентрацију раствореног Ал³⁺. Међутим, филтрација која је превише агресивна (под-апсолутне оцене) може да уклони колоидне врсте које учествују у формирању површинског филма. Посматрања на терену показују да купке које користе номиналну филтрацију од 5 микрона постижу пуну корист од смањења микропукотина акумулираног алуминијума, док купке које користе апсолутну филтрацију од 0,5 микрона показују 30% мању заштиту јер се уклањају фине колоидне врсте алуминијума. За водове за анодизацију који траже и чистоћу купатила и ПФА заштиту, номинална филтрација од 1 микрона до 3 микрона обезбеђује најбољу равнотежу.
Смернице за спецификације за грејаче линије за анодизацију
За заптивне каде са фосфорном киселином са типичним акумулацијом алуминијума (20-25 г/Л након стабилизације), наведите ПФА грејаче са дебљином зида од 2,0 мм до 2,2 мм, имајући у виду да ће јони алуминијума обезбедити додатну отпорност на микропукотине изван унутрашњих својстава полимера. Приликом пуштања у рад нове купке или након потпуног одлагања, радите са већом густином снаге (до 18 В/цм²) првих 200 сати да бисте убрзали растварање Ал³⁺ из анодизираних делова, брже изграђујући заштитни слој. За купке које се избацују недељно (низак Ал³⁺), занемарите предност алуминијума и одредите зидове од 2,5 мм као да се ради о свежој киселини. Захтев од добављача ПФА података о микрокрекирању у фосфорној киселини са нивоима Ал³⁺ који одговарају специфичној хемији купатила, пошто убрзани тестови у чистој киселини потцењују перформансе у стварном свету. Током прегледа грејача у интервалима од 5000 сати, измерите густину микропукотина на уклоњеним грејачима; ако пукотине прелазе 10 по цм² или било која дубина пукотине прелази 0,3 мм, повећајте специфицирану дебљину зида за 0,2 мм за следећу набавку, без обзира на концентрацију Ал³⁺. За линије за анодизацију које одржавају Ал³⁺ изнад 30 г/Л кроз контролисано старење у купатилу, зидови од 1,8 мм ПФА су показали радни век од 8000 сати са прихватљивим микропукотинама, што представља уштеду материјала од 25% и побољшање ефикасности преноса топлоте од 15% у поређењу са стандардним спецификацијама од 2,5 мм.
