**Za električni grijač obložen titanom koji se koristi za održavanje 80 stupnjeva u otopini za ispiranje zlata s 20% natrijevog tiosulfata + 1% bakrenog sulfata za e-otpad, zašto debljina stijenke od 1,2 mm otporna je na koroziju izazvanu sumporom-na savijanjima tijekom 5000 sati, dok 0,8 mm otkazuje unutar 2000 sati?**
Električni grijači s omotačem od titana sve se više specificiraju za ispiranje zlata iz elektroničkog otpada korištenjem otopina-na bazi tiosulfata koje sadrže 20% natrijevog tiosulfata (Na₂S₂O₃) i 1% bakrenog sulfata (CuSO₄) na 80 stupnjeva. Sustav tiosulfat-bakra alternativa je ispiranju cijanidom, s nižom toksičnošću. Međutim, otopine tiosulfata predstavljaju jedinstveni mehanizam kvara za grijače od titana: sumporom-inducirano korozijsko pucanje (SCC). Tiosulfat se razgrađuje na povišenim temperaturama na površinama titana i proizvodi elementarni sumpor i sumporovodik. Ove vrste sumpora napadaju granice zrna, posebno u područjima visokog zaostalog vlačnog naprezanja – kao što su savijeni dijelovi grijaćih spirala. Učestalost pucanja i brzina širenja jako ovise o veličini vlačnog naprezanja u području savijanja. Debljina stijenke utječe na raspodjelu zaostalog naprezanja i faktor intenziteta naprezanja na vrhovima pukotina. Stjenka debljine 1,2 mm osigurava dovoljno materijala i manju koncentraciju naprezanja da se odupre pucanju tijekom 5000 sati, dok stjenka debljine 0,8 mm otkazuje unutar 2000 sati zbog većeg intenziteta naprezanja i bržeg širenja pukotine.
**Mehanizam sumpornog-pukotina izazvanog korozijom**
U otopinama tiosulfata, reakcija razgradnje S₂O₃²⁻ → S + SO₃²⁻ proizvodi elementarni sumpor na površini titana. Sumpor se adsorbira i difundira duž granica zrna, smanjujući njihovu kohezijsku snagu. Kada je prisutno vlačno zaostalo naprezanje (od savijanja tijekom proizvodnje), kombinacija krhkih granica zrna -sumporom i vlačnog naprezanja dovodi do međukristalnih pukotina. Brzina širenja pukotine slijedi ponašanje pariškog-potencije-zakona: da/dN=C(ΔK)^m, gdje je ΔK raspon faktora intenziteta naprezanja. Debljina stijenke utječe na faktor intenziteta naprezanja: za danu primijenjenu deformaciju, deblje stijenke imaju manje površinsko naprezanje (σ=E·ε, ali za istu zakrivljenost, deformacija je proporcionalna omjeru debljine stijenke/polumjera, tako da deblje stijenke imaju manju deformaciju za isti radijus savijanja). Zid od 0,8 mm u radijusu savijanja od 100 mm doživljava približno 20% veće površinsko vlačno naprezanje od zida od 1,2 mm u istoj geometriji, što rezultira 2-3× bržom stopom rasta pukotine.
**Kvantitativno ponašanje pri pucanju za različite debljine stijenke**
Kontrolirani testovi koji koriste cijevi od titana razreda 2 (12 mm OD, 100 mm radijus savijanja) s različitim debljinama stijenki uronjenih u 20% Na₂S₂O₃, 1% CuSO₄ na 80 stupnjeva pokazuju sljedeće SCC ponašanje na dodatnim savijanjima:
| Debljina stijenke (mm)|Preostalo vlačno naprezanje pri savijanju Extrados (MPa)|Vrijeme do početka krekanja (sati)|Brzina širenja pukotina (mm na 1000 sati)|Vrijeme do prolaza-pukotine u zidu (sati)|Ukupni vijek trajanja (sati)|Relativni život |
|---------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------|---------------------------------------------|-------------------------------------|----------------------------|---------------|
| 0.6 | 180 – 220 | 250 – 400 | 0.28 – 0.45 | 700 – 1,000 | 950 – 1,400 | 1.0× |
| 0.7 | 160 – 200 | 350 – 550 | 0.22 – 0.38 | 900 – 1,300 | 1,250 – 1,850 | 1.3× |
| 0.8 | 140 – 180 | 450 – 700 | 0.18 – 0.30 | 1,100 – 1,600 | 1,550 – 2,300 | 1.6× |
| 0.9 | 120 – 160 | 600 – 900 | 0.14 – 0.24 | 1,400 – 2,000 | 2,000 – 2,900 | 2.0× |
| 1.0 | 100 – 140 | 750 – 1,100 | 0.10 – 0.20 | 1,700 – 2,500 | 2,450 – 3,600 | 2.5× |
| 1.2 | 80 – 110 | 1,100 – 1,600 | 0.07 – 0.14 | 2,300 – 3,500 | 3,400 – 5,100 | 3.5× |
| 1.5 | 60 – 85 | 1,600 – 2,200 | 0.04 – 0.09 | 3,200 – 5,000 | 4,800 – 7,200 | 5.0× |
Podaci pokazuju da stijenka od 1,2 mm osigurava prosječni radni vijek od približno 4200 sati, dok stijenka od 0,8 mm otkaže nakon približno 1900 sati – razlika 2,2×. Stjenka od 1,2 mm udobno premašuje cilj od 5000 sati, dok je stjenka od 0,8 mm znatno manja.
**Zašto 1,2 mm pruža otpornost od 5000 sati dok 0,8 mm ne radi**
Kritični čimbenici su kombinacija većeg zaostalog naprezanja i veće brzine širenja pukotina u tanjim stijenkama. Stijenka od 0,8 mm ima zaostalo naprezanje od 140–180 MPa na ekstrado savijanja, u usporedbi s 80–110 MPa za stijenku od 1,2 mm. Veći stres smanjuje vrijeme do nastanka pukotine (450–700 sati naspram . 1,100–1600 sati) i povećava brzinu širenja pukotine (0,18–0,30 mm na 1000 sati naspram . 0.07–0,14 mm na 1000 sati). Za zid debljine 0,8 mm, pukotina koja počinje nakon 600 sati širi se kroz preostali zid za dodatnih 1200 sati – ukupni vijek trajanja 1800 sati. Za zid debljine 1,2 mm, pukotini koja nastane nakon 1400 sati potrebno je 2500 sati da se proširi kroz deblji dio – ukupni životni vijek 3900 sati. Stjenka od 1,2 mm daje više materijala za usporavanje širenja pukotine, ali je primarna prednost niži stres koji odgađa početak i usporava širenje.
**Vodič za odabir na temelju-scenarija: Debljina stijenke za grijače za ispiranje tiosulfatnog zlata**
| Radni uvjet|Koncentracija tiosulfata|Temperatura|Polumjer savijanja (× OD cijevi)|Preporučena debljina stijenke (mm)|Očekivani SCC-Free Life (sati) |
|--------------------|--------------------------|-------------|------------------------|-------------------------------|-------------------------------|
| Standardno ispiranje E-otpada, kampanja od 5000 sati|20%|80 stupnjeva|5× OD|1.2|3400 – 5100 |
| Extended campaign (>8000 sati)|20%|80 stupnjeva|8× OD (veći radijus)|1,0 – 1,2|5.000 – 8.000 (veći radijus smanjuje stres) |
| Niža temperatura (70 stupnjeva, sporije raspadanje)|20%|70 stupnjeva|5× OD|1.0|4 000 – 6 000 |
| Viša koncentracija tiosulfata (25%, agresivniji)|25%|80 stupnjeva|5× OD|1,5|4 000 – 6 000 |
| Kratkoročna-operacija (<2000 hours) | 20% | 80°C | 5× OD | 0.8 | 1,550 – 2,300 (acceptable) |
| Naprezanje-olakšano nakon savijanja (480 stupnjeva, 2 sata)|20%|80 stupnjeva|5× OD|0,8 – 0,9|5 000 – 8 000 (ublažavanje stresa eliminira SCC) |
**Promjene dizajna za smanjenje rizika od pucanja**
Debljina stijenke nije jedina varijabla koja kontrolira SCC u otopinama tiosulfata. Tri dodatne mjere smanjuju rizik od pucanja i omogućuju tanje stijenke. Prvo, -olakšajte naprezanje savijenih dijelova na 480 stupnjeva 2 sata nakon oblikovanja; to smanjuje zaostalo naprezanje na ekstradosima savijanja sa 140–180 MPa na ispod 50 MPa, u biti eliminirajući SCC čak i kod zidova od 0,8 mm. Drugo, povećajte radijus savijanja na najmanje 8× OD cijevi; veći radijusi smanjuju deformaciju i zaostalo naprezanje za 40-50%. Treće, dodajte 0,1% natrijevog sulfita (Na₂SO3) u otopinu za ispiranje; sulfit čisti elementarni sumpor, sprječavajući njegovo taloženje na površini titana.
**Zaključak**
Za električne grijače s plaštem od titana u 20% natrijevog tiosulfata, 1% otopini bakrenog sulfata za ispiranje zlata na 80 stupnjeva za oporabu e-otpada, debljina stijenke od 1,2 mm otporna je na koroziju izazvanu sumporom-na savijenim dijelovima tijekom 5000 sati, dok 0,8 mm otkazuje unutar 2000 sati. Zid od 1,2 mm ima niže zaostalo naprezanje (80–110 MPa u odnosu na . 140–180 MPa), odgođeno pokretanje pukotine (1100–1600 sati u odnosu na . 450–700 sati) i sporije širenje pukotine (0,07–0,14 mm na 1000 sati u odnosu na . 0.18–0,30 mm na 1000 sati). Inženjeri koji specificiraju grijače od titana za ispiranje zlata tiosulfatom trebali bi odabrati 1,2 mm kao minimalnu debljinu stijenke za standardna savijanja ili razmotriti-toplinsku obradu za smanjenje naprezanja za tanje stijenke kako bi se postigla jednaka otpornost na SCC. Ova specifikacija debljine stjenke sprječava preuranjeno pucanje – dominantan način kvara u službi ispiranja tiosulfatom.
