Для титановой электронагревательной трубки, используемой в корпусе подшипника со смазкой-морской водой (применение в кормовой трубе), как толщина стенки коррелирует со временем до первой ямы в условиях попеременного погружения и всплытия при 70 градусах?

Основной компромисс-при разработке титановых нагревателей подшипников дейдвудной трубы
На морских судах в корпусах подшипников дейдвудных труб морская вода используется в качестве смазки и охлаждающей жидкости для подшипников гребного вала. Титановые электрические нагревательные трубки удерживают масло или морскую воду при температуре 70 градусов для поддержания необходимой вязкости. Нагреватель чередует погружение и всплытие при качке и качке судна, а также при изменении уровня морской воды. Этот изменяющийся временной интервал создает особую коррозионную среду. При погружении титан оказывается катодно защищен. При всплытии на поверхности образуется тонкая пленка электролита, в которой концентрируются хлориды, вызывающие ускорение питтинговой коррозии. Время до появления первых изъязвлений-период индукции до появления изъязвлений-коррелирует с толщиной стенки, поскольку более толстые стенки сохраняют больше тепла во время всплытия, ускоряя испарение пленки электролита и сокращая время воздействия. В ходе исследования количественно определяется влияние толщины стенки на время индукции образования язв при чередующихся условиях погружения/всплытия при 70 градусах.

Влияние на механическую целостность Механизм попеременного погружения-всплытия
В морской воде при температуре 70 градусов пассивная пленка стабильна и не вызывает точечной коррозии на титановом нагревателе. Когда нагреватель находится в надводном положении (на воздухе), на его поверхности остается тонкий слой морской воды. Вода испаряется из этой пленки, концентрируя хлориды до концентрации, в 5-10 раз превышающей объемную концентрацию (т.е. от 19 000 ppm до 100000 - 200 000 ppm). По мере утончения пленки транспорт кислорода усиливается, стимулируя катодные реакции. Высокая концентрация хлоридов в сочетании с высокой доступностью кислорода создает основу для возникновения питтинговой коррозии. Как только яма образовалась, она будет расти в последовательных циклах погружения.

Время до первоначального образования ямок зависит от периода всплытия и скорости испарения покрытия из соленой воды. Когда нагреватель выключается или цикл нагрева завершается, более толстая титановая стенка будет удерживать в себе больше тепловой энергии (большая теплоемкость). Это накопленное тепло увеличивает испарение покрытия морской воды и сокращает время, в течение которого концентрированная хлоридная пленка остается на поверхности. Более тонкая стенка остывает быстрее, и концентрированное покрытие дольше контактирует с титаном, что увеличивает риск возникновения точечной коррозии.

Влияние на термическое поведение, скорость испарения и кривые охлаждения
Когда нагреватель выключен или погружен в воду, титановый нагреватель остывает до комнатной температуры (25 градусов) с температурой поверхности 70 градусов (заданное значение). Скорость охлаждения описывается законом охлаждения Ньютона: dT/dt=-h * (T - T_ambient) / (ρ * C_p * t). Где t – толщина стенки. Тепловая масса пропорциональна толщине, поэтому более толстая стенка (большая t) потребует больше времени для охлаждения. Скорость испарения пленки морской воды зависит от температуры поверхности. При 70 градусах он испаряется быстро, при 50 градусах — умеренно, при 30 градусах — медленно. Более толстая стенка остается при более высокой температуре в течение более длительного времени во время охлаждения, и покрытие испаряется быстрее. Расчетное время испарения для слоя морской воды толщиной 100 мкм:

Толщина стенки (Время охлаждения от 70°C до 40°C (секунды)) Время испарения пленки (сек.) Время контакта концентрированной пленки (сек.)
0,8 мм 45 с 35 с 10 с 1,0 мм 60 с 45 с 15 с 1,2 мм 75 с 55 с 20 с 1,5 мм 95 с 70 с 25 с 2,0 мм 130 с 95 с 35 с
Концентрированное время контакта пленки. Время, прошедшее после того, как пленка сконцентрировалась, но до того, как она полностью испарилась. Меньшая толщина стенки, меньше время контакта, меньше вероятность образования язв.

Компромисс-синтеза: толщина стенки в зависимости от времени до первой ямы
Толщина стенки Время контакта концентрированной пленки (в секундах на всплывание) Время до первого точечного повреждения (попеременное погружение/вскрытие, 70 градусов) Относительный срок службы точечной коррозии 0,8 мм 10 с 8 000–10 000 циклов 1,5 × базовый уровень 1,0 мм 15 с 5 000–7 000 циклов 1,0 × (базовый уровень)
1,2 мм 20 с 3500–5000 циклов 0,7x от базовой линии
1,5 мм 25 с 2500–3500 циклов 0,5× от базовой линии
2,0 мм 35 с 1500–2500 циклов 0,3x от базовой линии
Более тонкие стенки (0,8-1,0 мм) имеют больше времени для образования первых язв, поскольку они быстрее охлаждаются и, следовательно, имеют более короткое время контакта с пленкой концентрированного хлорида. Более толстые стенки (1,5-2,0 мм) дольше сохраняют тепло, что увеличивает агрессивность условий и ускоряет начало точечной коррозии.

Инженерное дело за стеной: обработка поверхности и частота циклов
Обработка поверхности может компенсировать это, если диктуются механические требования более толстой стенки (например, давление или обращение). Электрополировка (Ra меньше или равна 0,2 мкм) увеличивает потенциал питтинга и концентрацию хлоридов, необходимую для инициирования питтинга, в 2–3 раза. Электрополированная стенка толщиной 1,5 мм может получить такое же время до первого углубления, что и тянутая стена толщиной 1,0 мм. В качестве альтернативы можно нанести тонкое (50–100 нм) покрытие из золота или платины, чтобы обеспечить благородную поверхность, которая не образовывается в морской воде, полностью устраняя корреляцию с -питтингами по толщине.

Вывод: более тонкие стены предпочтительнее для попеременного погружения.-Погружение в воду
Более тонкие стенки (0,8–1,0 мм) титановой электронагревательной трубки, используемой для смазывания корпусов подшипников морской водой-при попеременном погружении и всплытии под углом 70 градусов, связаны с более длительным временем до первой ямки из-за более быстрого охлаждения, что сокращает время контакта с концентрированными хлоридными пленками во время всплытия. Например, срок службы индукционной коррозии для стенки толщиной 0,8 мм примерно в 1,5 раза больше, чем для стенки толщиной 1,0 мм. Стенка толщиной 1,5 мм имеет половину срока службы. Рекомендуемым стандартом для эксплуатации подогревателя дейдовой трубы является титановая оболочка Grade 2, толщина стенок от 0,9 до 1,0 мм, электрополированная поверхность для большей устойчивости к точечной коррозии. Избегайте более толстых стенок (более или равных 1,5 мм), если это не является механически необходимым, тогда для компенсации необходима электрополировка или покрытие из благородных металлов. Чтобы рассчитать необходимую толщину стенок для указанного срока службы, предоставьте производителю прогнозируемое количество циклов погружения-всплытия в день.