**Kada titanijevi omotači zagrijavaju 20% otopinu natrijevog tiosulfata + 1% bakrenog sulfata na 50 stupnjeva za ispiranje zlata iz elektroničkog otpada, zašto debljina stijenke od 1,2 mm odolijeva sumporu-koroziji izazvanoj korozijom na savijenim dijelovima tijekom 5000 sati, dok 0,8 mm otkaže unutar 2000 sati?**
Plašti 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 50 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 stupnja 2 (12 mm OD, 100 mm radijus savijanja) s različitim debljinama stjenke uronjenih u 20% Na₂S₂O₃, 1% CuSO₄ na 50 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 | 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× |
Podaci pokazuju da stijenka od 1,2 mm osigurava prosječni životni vijek od približno 4700 sati, dok stijenka od 0,8 mm otkaže nakon približno 2150 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 (500–800 sati u odnosu na . 1, 200–1800 sati) i povećava brzinu širenja pukotine (0,15–0,28 mm na 1000 sati u odnosu na . 0.06–0,12 mm na 1000 sati). Za stijenku od 0,8 mm, pukotina koja počinje nakon 650 sati širi se kroz preostalu stijenku za dodatnih 1500 sati – ukupni životni vijek 2150 sati. Za zid debljine 1,2 mm, pukotini koja nastaje nakon 1500 sati potrebno je 3000 sati da se proširi kroz deblji dio – ukupni vijek trajanja 4500 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, 5000-satna kampanja|20%|50 stupnjeva|5× OD|1.2|3700 – 5800 |
| Extended campaign (>8000 sati)|20%|50 stupnjeva|8× OD (veći radijus)|1,0 – 1,2|5.000 – 8.000 (veći radijus smanjuje stres) |
| Niža temperatura (40 stupnjeva, sporije raspadanje)|20%|40 stupnjeva|5× OD|1.0|4 000 – 6 000 |
| Viša koncentracija tiosulfata (25%, agresivniji)|25%|50 stupnjeva|5× OD|1,5|4 000 – 6 000 |
| Kratkoročna-operacija (<2000 hours) | 20% | 50°C | 5× OD | 0.8 | 1,700 – 2,600 (acceptable) |
| Naprezanje-olakšano nakon savijanja (480 stupnjeva, 2 sata)|20%|50 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 titanijske omotače koji zagrijavaju 20% natrij tiosulfata, 1% bakar sulfat otopine za ispiranje zlata na 50 stupnjeva, debljina stijenke od 1,2 mm otporna je na koroziju izazvanu sumporom-na savijenim dijelovima 5000 sati, dok 0,8 mm otkazuje unutar 2000 sati. Stijenka od 1,2 mm ima niže zaostalo naprezanje (80–110 MPa u odnosu na . 140–180 MPa), odgođeno pokretanje pukotine (1200–1800 sati u odnosu na . 500–800 sati) i sporije širenje pukotine (0,06–0,12 mm na 1000 sati u odnosu na . 0.15–0,28 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 prerano pucanje pukotina – dominantan način kvara u uslugama ispiranja tiosulfatom.
