Как тип смазки для волочения труб (хлорированный парафин или дисульфид молибдена) влияет на загрязнение поверхности железом после-очистки и скорость обесцвечивания в 99,5% уксусной кислоте при 100 градусах?

Смазочные материалы для волочения имеют решающее значение при изготовлении титановых трубок нагревателей, поскольку они уменьшают трение и предотвращают истирание. Хлорированные парафины и дисульфид молибдена (MoS₂) являются двумя распространенными смазочными материалами. Хлорированные парафины содержат от 30% до 70% хлора и образуют остатки, которые трудно полностью удалить. Даже после очистки следы железа от процесса волочения могут образовывать комплексы с остатками хлора. Это остаточное железо затем выщелачивается в 99,5% уксусную кислоту при 100 градусах с образованием ацетата железа [Fe(CH₃COO)₃ или Fe(CH₃COO)₂], что вызывает изменение цвета от желтого до красновато-коричневого, которое можно обнаружить при концентрациях всего 1–5 частей на миллион. Смазка на основе дисульфида молибдена оставляет отчетливый осадок, который легче удалить и который не образует комплексов с железом, что приводит к гораздо меньшей скорости обесцвечивания. Смазка MoS2 особенно рекомендуется для применения с уксусной кислотой высокой чистоты.

Как смазка загрязняется и обесцвечивается железом

Во время волочения труб смазочные материалы на основе хлорпарафина растворяют и выделяют соляную кислоту, которая разъедает поверхность титана и инструмент, а также внедряет частицы железа в поверхность титана. Хлорированные остатки также содержат железо из фильер. Эти загрязненные железом остатки трудно удалить обычными методами обезжиривания. Железо реагирует в горячей уксусной кислоте: Fe + 2CH3COOH → Fe(CH3COO)₂ + H2. Ацетат железа образуется на воздухе: 2Fe + 6CH3COOH + 3/2O₂ → 2Fe(CH3COO)₃ + 3H2O. Интенсивно окрашенные ацетаты железа обесцвечивают продукт уксусной кислоты. Смазка на основе дисульфида молибдена, не содержащая хлора, не содержит железа. Более полно он удаляется при щелочной очистке, при которой на поверхности также остается мало железа.

Тип смазки и количественное загрязнение железом и изменение цвета

The data below were obtained by controlled testing of Grade 2 titanium tubes drawn with different lubricants, cleaned with an industry standard alkaline degreaser at 60°C for 10 minutes, and then placed in 99.5% acetic acid at 100°C for 500 hours. For chlorinated paraffin lubricant with chlorine content of 50 % , the residual surface iron after cleaning is 0.5-2.0 µg/cm 2 , the discoloration time to yellow tint (APHA color 10) is 50-100 hours, the discoloration time to brown tint (APHA 50) is 200-400 hours, and the concentration of iron acetate after 500 hours is 5-20 ppm. Residual iron is 0.3–1.0 µg/cm2 for chlorinated paraffin with 30% chlorine content, APHA 10 is reached in 100–200 hours, APHA 50 in 400–800 hours and iron acetate concentration is 2–10 ppm. Residual iron in molybdenum disulfide lubricant without chlorine is 0.05–0.2 µg/cm2, APHA 10 is reached in 500–1,000 hours, APHA 50 may not be reached in 1,000 hours, and iron acetate concentration is 0.5–2 ppm. Residual iron is 0.02-0.05 µg/cm2, APHA 10 is >2000 часов, а концентрация ацетата железа<0.5 ppm for a no-lubricant control (experimental only, not practical).

Влияние процедуры очистки на эффективность удаления железа

Для обоих типов смазок процедура очистки оказывает существенное влияние на оставшееся железо. В случае хлорированного парафина простое щелочное обезжиривание удаляет от 80 до 90 % остатков, оставляя от 0,5 до 2,0 мкг/см2 железа. Травление 20%-ной азотной кислотой в течение 10 мин снижает остаточное железо до 0,1–0,5 мкг/см2, что выше, чем при щелочной очистке только по MoS2. В случае смазки MoS2 только щелочное обезжиривание обеспечивает 0,05–0,2 мкг/см². Ультразвуковая очистка в растворе моющего средства снижает остаточное железо в MoS 2 до 0,02-0,10 мкг/см 2 . Обезжиривание парами трихлорэтилена эффективно для обоих типов смазок, но оставляет следы. Плазменная очистка обеспечивает минимальное содержание железа в обоих случаях, но она дорогая.

Руководство по выбору смазочных материалов и очистителей на основе уксусной кислоты высокой чистоты

В следующей таблице приведены рекомендации по типу смазки и процессу очистки титановых трубок нагревателя для 99,5% уксусной кислоты при 100 градусах, исходя из допустимых пределов изменения цвета и требований к цвету продукта.

Цвет уксусной кислоты (APHA через 500 часов) Требуется Рекомендуемая смазка для рисования Необходимая процедура очистки Ожидаемое остаточное поверхностное железо (мкг/см²) Ожидаемое количество ацетата железа в кислоте (ppm)<5 (pharmaceutical grade) Molybdenum DisulfideAlkaline degrease + acid pickle + ultrasonic <0.05 <0.5 5–10 (food grade) Molybdenum disulfideAlkaline degrease plus acid pickle 0.05-0.15 0.5-1.5 10-20 (technical grade) Molybdenum disulfide Alkaline degrease just 0.15-0.30 1.5-3.0 20-50Chlorinated Paraffin with Acid Pickle 0.3-0.8 3-8 >50 (inappropriate for high purity) Chlorinated Paraffin, Degrease Only >0.8 >8. Инжиниринг помимо выбора смазочных материалов

Марка титана не влияет на загрязнение железом, но марка 7 обладает превосходной коррозионной стойкостью в уксусной кислоте и может использоваться в течение длительного срока службы до изменения цвета по другим причинам. Толщина стенок не влияет напрямую на изменение цвета. Обработка поверхности трубки также влияет на удержание железа: электрополированные поверхности (Ra < 0,3 мкм) имеют меньшую площадь поверхности, задерживающую железо, и их легче чистить. Если текущие нагреватели обесцвечены, отложения ацетата железа можно удалить с поверхности путем очистки 10% лимонной кислотой при температуре 60 градусов в течение 2 часов. Но как только он войдет в состав титана, его будет трудно полностью удалить.

Информированная спецификация

Назначьте дисульфид молибдена в качестве смазки для волочения титановой нагревательной трубки для 99,5% уксусной кислоты при 100°C и строгих критериях цвета (APHA).<10). The cleaning protocol should cover alkaline degreasing at 60°C for 10 minutes, pickling in 20% nitric acid at 50°C for 10 minutes and the final ultrasonic rinse in deionized water. If the color standards are not too high (APHA <20) alkaline degreasing alone may be sufficient. In the case of acid colour criteria less than APHA 30, discard all tubes drawn with chlorinated paraffins. Perform a leaching test on a 100 cm2 sample in 99.5% acetic acid at 100 deg C for 168 hrs; assess the acid for iron and accept only if iron is below 2 ppm. The engineer replaces chlorinated paraffin with molybdenum disulfide lubricant to reduce residual surface iron and prevent discoloration in high-purity acetic acid service.