Wie wirkt sich der Typ des Rohrziehschmiermittels (Chlorparaffin vs. Molybdändisulfid) auf die Eisenverunreinigung der Oberfläche nach der Reinigung und die Verfärbungsrate in 99,5 %iger Essigsäure bei 100 Grad aus?

Ziehschmiermittel werden verwendet, um bei der Herstellung von Heizrohren aus Titan die Reibung zu verringern und ein Festfressen zu vermeiden. Zu den gängigen Schmiermitteln gehören chlorierte Paraffine und Molybdändisulfid (MoS2). Chlorparaffine enthalten 30 bis 70 % Chlor und erzeugen Rückstände, die sich nur schwer vollständig entfernen lassen. Spuren von Eisen aus dem Ziehvorgang können auch nach dem Waschen mit chlorierten Rückständen komplexiert bleiben. Dieses restliche Eisen wird in 99,5 %iger Essigsäure bei 100 Grad ausgelaugt und erzeugt Eisenacetat [Fe(CH₃COO)₃ oder Fe(CH₃COO)₂] mit begleitender gelber bis rotbrauner Verfärbung bei Konzentrationen von nur 1–5 ppm. Molybdändisulfid-Schmiermittel erzeugen deutliche Rückstände, die leichter zu entfernen sind und Eisen nicht in gleicher Weise komplexieren, was zu einer deutlich geringeren Verfärbungsrate führt. MoS₂-Schmiermittel werden für hochreine Essigsäureanwendungen bevorzugt.

Schmiermittel-Abhängiger Mechanismus der Eisenverunreinigung und -verfärbung

Chlorinated paraffin lubricants degrade in the tube drawing process and release hydrochloric acid which damages the titanium surface and tooling and embeds iron particles in the titanium surface. The chlorinated residues also tie up iron from the drawing dies. Such residues including iron are difficult to remove by traditional degreasing. The iron reacts in heated acetic acid . Fe + 2CH_3COOH _=>_ Fe(CH_3COO)_2 + H_2 Ferric acetate in presence of air . 2Fe + 6CH_3COOH + 3/2O_2 _=>_ 2Fe(CH_3COO)_3 + 3H_2O Die Eisenacetate haben eine lebhafte Farbe und verunstalten das Essigsäureprodukt. Das Molybdändisulfid-Schmiermittel enthält kein Chlor und verursacht keine Eisenaufnahme. Durch die alkalische Reinigung wird es vollständiger entfernt und es bleibt nur minimales Eisen auf der Oberfläche zurück.

Quantifizierung von Verfärbungen und Eisenverunreinigungen als Funktion der Schmierstoffart

The following findings were obtained from controlled tests on Grade 2 titanium tubes drawn with various lubricants: All tubes were cleaned with an industry-standard alkaline degreaser at 60°C for 10 minutes, and then immersed in 99.5% acetic acid at 100°C for 500 hours. For chlorinated paraffin lubricant with 50% chlorine content, residual surface iron after cleaning is 0.5–2.0 µg/cm², discolouration time to reach a yellow tint (APHA colour 10) is 50–100 hours, discolouration time to reach a brown tint (APHA 50) is 200–400 hours, and iron acetate concentration after 500 hours is 5–20 ppm. For chlorinated paraffins with chlorine content 30%, residual iron is 0.3–1.0 µg/cm2. APHA 10 is attained in 100–200 hours, APHA 50 is reached in 400–800 hours. The concentration of iron acetate is 2–10 ppm. Chlorine-free molybdenum disulphide has a residual iron content of 0.05–0.2 µg/cm2. After 500–1,000 hours APHA 10 is achieved, however APHA 50 may not be achieved within 1,000 hours. Iron acetate concentration is 0.5–2 ppm. In the absence of lubricant (for experimental purposes only, not for practical use), the iron residue is 0.02-0.05 µg/cm², the APHA 10 is >2.000 Stunden und die Eisenacetatkonzentration beträgt<0.5 ppm.

Einfluss des Reinigungsverfahrens auf die Eisenentfernung

Die Reinigungstechnik hat bei beiden Schmierstofftypen einen starken Einfluss auf den Resteisengehalt. . 80-90 % des Chlorparaffinrückstands werden durch einfache alkalische Entfettung entfernt, sodass 0,5–2,0 µg/cm^2 Eisen übrig bleiben. Die Zugabe einer sauren Beizlösung aus 20 %iger Salpetersäure für 10 Minuten führt zu einem Resteisengehalt von 0,1–0,5 µg/cm², was immer noch höher ist als der Wert, der mit MoS₂ bei alleiniger alkalischer Reinigung erreicht wird. Alkalisches Entfetten nur für MoS2-Schmierstoff 0,05-0,2 µg/cm2. Das Waschen mit Ultraschall in einer Reinigungslösung verringert den verbleibenden Eisengehalt in MoS₂ auf 0,02–0,10 µg/cm2. Die Dampfentfettung mit Trichlorethylen ist für beide Schmierstoffarten wirksam und hinterlässt Spuren. Die Plasmareinigung führt bei beiden zu den niedrigsten Eisengehalten, ist jedoch kostspielig.

Leitfaden zur Auswahl von Schmiermitteln und Reinigungsmitteln für den Einsatz mit hochreiner Essigsäure

Tabelle 1. Empfehlungen für Schmiermitteltyp und Reinigungstechnik für Titanheizrohre für 99,5 %ige Essigsäure bei 100 Grad, basierend auf den zulässigen Verfärbungsgrenzen und Produktfarbanforderungen.

Erforderliche Farbe (APHA nach 500 Std.) EssigsäureEmpfohlenes Zeichenschmiermittel Erforderliches ReinigungsverfahrenErwartetes verbleibendes Oberflächeneisen (µg/cm²) Erwartetes Eisenacetat in Säure (ppm)<5 (pharmaceutical grade) Molybdenum disulphideAlkaline degreasing + acid pickling + ultrasonic <0.05 <0.5 5-10 (food grade) Molybdenum disulphideAlkaline degrease + acid pickle 0.05–0.15 0.5–1.5 10–20 (technical grade) Molybdenum disulphide Alkaline degrease only 0.15–0.30 1.5–3.0 20–50Chlorinated paraffin with acid pickle 0.3–0.8 3–8 >50 (unacceptable for high purity) Chlorinated paraffin, degrease just >0.8 >8 Technik über die Schmierstoffauswahl hinaus

Die Titanqualitäten weisen keinen Unterschied in der Eisenverunreinigung auf. Klasse 7 weist eine höhere Korrosionsbeständigkeit in Essigsäure auf, was zu einer längeren Lebensdauer vor Verfärbungen aufgrund anderer Quellen führt. Die Wandstärke hat kaum Einfluss auf die Verfärbung. Die Eisenretention wird durch die Oberflächenbeschaffenheit des Rohrs beeinflusst; Elektropolierte Oberflächen (Ra < 0,3 µm) haben eine geringere Oberfläche zum Zurückhalten von Eisen und sind leichter zu reinigen. Bei in Betrieb befindlichen Heizgeräten, die Verfärbungen aufweisen, werden durch einen zweistündigen Reinigungszyklus mit 10 %iger Zitronensäure bei 60 Grad die Eisenacetatablagerungen von der Oberfläche entfernt. Sobald Eisen jedoch in das Titan eingebaut ist, ist es unmöglich, es vollständig zu extrahieren.

Angabe informiert

Geben Sie Molybdändisulfid als Ziehschmiermittel für ein Titanheizrohr an, das für 99,5 %ige Essigsäure bei 100 Grad mit sehr strengen Farbkriterien verwendet werden soll (APHA).<10). Cleaning technique of alkaline degreasing at 60°C, 10 min, followed by pickling in 20% nitric acid at 50°C, 10 min and final ultrasonic washing in deionised water is required. If colour standards are less rigorous (APHA <20), alkaline degreasing may be sufficient. Any tubes drawn with chlorinated paraffin should be rejected if the acid colour criteria falls below APHA 30. Incoming Inspection: Leaching Test 100 cm2 sample in 99.5% acetic acid at 100°C for 168 hours, analyse acid for iron, allow only if iron is below 2 ppm. The engineer specifies molybdenum disulphide lubricant in lieu of chlorinated paraffin to reduce residual surface iron and prevent discolouration in high purity acetic acid service.