Mikä on suurin turvallinen hapen osapaine (atm) typpipeitossa titaaniupotuslämmittimen yläpuolella, kun se toimii 300 asteen kulmassa eutektisessa suolakylvyssä kiihtyneen alfa{1}}tapauksen estämiseksi?

Titaaniset uppolämmittimet on suojattu hapettumiselta typpipeitolla eutektisessa suolahauteessa 300 asteessa. Kuitenkin, jos happea on saatavilla typpipeitteessä, happi voi tunkeutua titaanin pintaan ja muodostaa hapella rikastetun alfa{2}-kotelokerroksen. Tämä hauras kerros vähentää väsymisikää ja taipuisuutta. Alfa{5}}tapauksen kasvunopeus on parabolinen, ja syvyys on verrannollinen ajan neliöjuureen kertaa hapen osapaine. Tämä on korkein hapen osapaine, jota voidaan käyttää turvallisesti välttämään alfa{7}tapauksen nopeutettu kasvu (eli alle 10 m alfa{11}}10 000 käyttötunnin jälkeen). Tämän tason yläpuolella alfa-tapausten kasvunopeus{15}}kiihtyy nopeasti aiheuttaen haurautta ja varhaista epäonnistumista.

Alfa{0}}kotelon muodostumismekanismi hapen vaikutuksesta 300 asteen kulmassa

300 asteessa happi diffundoituu interstitiaalisesti titaanihilassa stabiloimalla alfafaasia. Alfa-kotelokerros on kovempi, tyypillisesti 300–500 HV verrattuna perusmetallin 180–220 HV:iin, ja se ei ole käytännössä sitkeä. Alfa-tapauksen kasvu saadaan yhtälöstä d^2=k_p * t, jossa d on alfa-tapauksen syvyys, k_p on parabolinen nopeusvakio ja t on kesto. Nopeusvakio kp on verrannollinen hapen osapaineeseen potenssilla 0,5. Kun hapen osapaineet ovat kriittisen arvon alapuolella, alfa{16}}tapauksen kasvunopeus on mitätön käytännön käyttöiän kannalta. Tämän tason yläpuolella kasvunopeus on korkea ja voi johtaa ohutseinämäisen lämmitysputken haurastumiseen kuukausissa.

Kvantitatiivinen alfa{0}}tapauksen kasvu verrattuna hapen osapaineeseen 300 asteessa

Kontrolloidut testit typpi-happiyhdistelmillä 300 asteessa 10 000 tunnin ajan ovat osoittaneet alfa-kasvujen syvyyden Ti--asteelle 2. Hapen osapaineessa 0,0001 atm (0,01 %) alfa{9}-tapaus ei vaikuta vain mekaaniseen syvyyteen, joten 5µm:n syvyys ei ole vain happea. ominaisuuksia. Syvyys on 5–10 µm paineessa 0,0005 atm (0,05 % happea), mikä on hyväksyttävä useimpiin sovelluksiin, joissa on turvamarginaali. Kriittisellä kynnyksellä 0,001 atm (0,1 % happea) alfa-kotelon syvyys on 8-15 {micro}m 10 000 tunnin jälkeen, mikä on suurin sallittu raja. 0,002 atm:ssä (0,2 % happea) syvyys kasvaa 15–25 µm:iin ja havaitaan mitattavissa oleva taipuisuuden menetys. 0,005 atm:ssä (0,5 % happea) syvyys on 25-40 µm ja havaitaan huomattavaa haurastumista . 35-60 µm alfa-kotelon syvyydessä 0,01 atm (1 % happea) ja halkeilua lämpökierrossa. 0,1 atm (10 % happea, tyypillinen ilma) syvyys on yli 100 µm 10 000 tunnin jälkeen vakavan haurastumisen jälkeen.

Lämpötila ja altistumisaika Vaikutukset hapen sietokykyyn

Hapen turvallinen osapaine laskee jyrkästi lämpötilan . 8-15 µm alfa-syvyyden myötä 10 000 tunnin jälkeen 300 asteen lämpötilassa ja 0,001 atm O2:ssa. 350 asteessa ja samalla O2-paineella 0,001 atm syvyys kasvaa 20–35 µm:iin, mikä on yli sallitun rajan. 300 C:ssa ja 0,002 atm O 2:ssa syvyys on 15-25 um, jälleen rajan yli. Happitoleranssit ovat korkeammat alemmissa lämpötiloissa, kun 10 000 tunnin syvyys on vain 5–10 µm 250 asteessa ja 0,005 atm O2:ssa. Korkeammat happitasot voivat olla hyväksyttäviä alle 10 000 tunnin altistusajoille. Suurin turvallinen hapen osapaine 1000 tunnin altistuksen aikana 300 asteessa nousee 0,005 atm:iin (0,5 % happea) alfakotelon syvyyden ollessa 5–10 μm.

Typpipeitot Happiosittaispaineen hallintaopas

Seuraavassa taulukossa esitetään suositukset hapen suurimmille sallituille osapaineille typpipeitteissä titaanisupituslämmittimien yläpuolella eutektisissa suolakylvyissä 300 asteessa vaaditun käyttöiän ja sallitun alfa{1}}kotelon syvyyden funktiona.

Haluttu käyttöikä (tunteja) Suurin sallittu alfa-kotelon syvyys (µm) Suurin turvallinen hapen osapaine (atm) Happiekvivalenttipitoisuus (%) Suositeltu typen puhtaus 5,000 10 0.002 0.2% 99,8% 10,000 10 0.001 0.1% 2} 9,000 10 0.001 0.1% 2 99,95 % 50,000 20 0.0002 0.02% 99,98 % 100,000 25 0.0001 0.01% 99,99 %
Suunnittelua hapen osittaispaineen hallintaan

Titaanin laatu vaikuttaa alfa{0}}koteloiden valmistuksen kinetiikkaan. Luokka 7 käyttäytyy samalla tavalla kuin luokka 2 alfa--tapauksessa samalla hapen osapaineella, koska palladium ei muuta merkittävästi hapen diffuusiota. Seinän paksuus tarjoaa materiaalivaran. Esimerkiksi 2,0 mm:n seinässä, jonka alfa-kotelon syvyys on 20 µm, on 1,98 mm:n sitkeä ydin, mikä on hyväksyttävää, mutta 1,0 mm:n seinämässä samalla alfa-kotelolla on vain 0,98 mm:n sitkeä ydin, joka voi olla marginaalinen. Typpipeiton jatkuvaa valvontaa tulee ylläpitää käyttämällä happianalysaattoria, joka on asetettu hälyttämään 0,05 % happea (0,0005 atm), jotta turvamarginaali saadaan alle 0,1 %:n rajan. Suolakylvyn kemia voi myös vaikuttaa alfa{19}}tapauksen kasvuun. suolan kloridi-epäpuhtaudet lisäävät hapen kuljetusnopeutta.

Tietoinen erittely.

Määritä 300 celsiusasteen titaanisupistuslämmittimelle eutektisessa suolakylvyssä typpipeitolla hapen maksimiosapaine 0,001 atm (0,1 prosenttia happea) 10 000 tunnin käyttöikää varten. Typpipeitossa olevan hapen valvonnan tulee olla jatkuvaa hälytyksellä 0,05 % happea ja lukituksella, joka katkaisee lämmittimen, jos happea on yli 0,2 %. Määritä typen vähimmäispuhtausaste 99,9 %, kastepiste alle -60 astetta kuivuuden varmistamiseksi. Määritä 99,95 % typpeä (0,05 % O₂) pidentääksesi käyttöikää yli 20 000 tuntia tai asenna hapenottojärjestelmä. Käyttöönoton yhteydessä on tärkeää tarkistaa happitaso lämmittimen pinnalla, ei vain kaasun tuloaukossa, koska ilmaa pääsee sisään tiivisteiden kautta. Insinööri säätää hapen osapaineen alle 0,001 atm:n alfa-kotelon nopeutetun kasvun ja titaanilämmittimien haurastumisen estämiseksi korkean lämpötilan suolakylvyssä.