Welche maximal zulässige Restlötflussmittelverunreinigung (auf Chlorid-basis) auf der Oberfläche des 316-Heizungsmantels löst bei Lagerung in feuchter Umgebung vor der Installation Lochfraß aus?

Verborgenes Korrosionsrisiko vor-der Wartung durch unzureichende Reinigung nach-der Fertigung

Residual chloride-based solder flux from electrical connection brazing or from contamination during adjacent soldering operations is a severe pitting risk for 316 stainless steel sheathed electric heating tubes stored in warehouse or field conditions prior to installation, particularly in humid environments (relative humidity >60-70%). Fluxes of zinc chloride (ZnCl₂), ammonium chloride (NH₄Cl) or other chloride salts are deliquescent, i.e. they collect moisture from the air and generate concentrated chloride solutions on the sheath surface. Even minuscule flux residues (1-10µg/cm2, almost invisible) can lead to chloride concentrations of 10,000-100,000 ppm at the metal-flux interface, enough to induce pitting on 316 at ambient temperature within weeks to months. The critical flux residue density for pitting initiation is ~0.5-1.0 µg Cl⁻ per cm² at 25°C and 65% RH. Pitting initiates within 30-90 days at >5-10 µg Cl- /cm2. In diesem Artikel wird der Zusammenhang zwischen der restlichen Chloridflussdichte, der Luftfeuchtigkeit und der Zeit, die für den Beginn der Lochfraßbildung erforderlich ist, bei der Lagerung von 316-Hüllen vor dem Einsatz quantifiziert.

Mechanismus der durch Deliqueszenz verursachten atmosphärischen Lochfraßbildung

Flussmittel auf Chloridbasis sind hygroskopisch. Wenn die relative Luftfeuchtigkeit den Zerfallpunkt des jeweiligen Salzes überschreitet (etwa 10 % relative Luftfeuchtigkeit für ZnCl 2 und etwa 77-80 % relative Luftfeuchtigkeit für NH 4 Cl), absorbiert das Flussmittel Feuchtigkeit aus der Atmosphäre und es bildet sich ein dünner Film aus konzentriertem Chloridelektrolyt auf der Metalloberfläche. Am Metallflusskontakt kann die Chloridkonzentration bis zu 30–50 Gew.-% (300.000–500.000 ppm Cl⁻) erreichen und liegt selbst bei Umgebungstemperatur deutlich über der Lochfraßschwelle für 316. Die Elektrolytschicht ist dünn und reich an Sauerstoff, wodurch optimale Bedingungen für Lochfraß entstehen. Sobald eine Grube angelegt ist, ist die Korrosionszelle selbsterhaltend und die Grube kann in 6–12 Monaten eine 1,5 mm dicke Wand durchdringen, selbst wenn die Heizung nie mit Strom versorgt wurde.

Bestimmung der Beziehung zwischen Restchloridfluss und Lochfraßzeit

Kammertests mit kontrollierter Luftfeuchtigkeit (25 Grad, 65 % relative Luftfeuchtigkeit) von 316-Edelstahlproben mit kontrollierten Ablagerungen von Chloridflussmittel (als NaCl-Äquivalent, Simulation gemischter Chloridsalze) ergaben die folgenden Zeiten für die Entstehung und Ausbreitung von Lochfraß.

Residual Chloride on Surface (µg Cl-/cm2) Equivalent Flux Residue Visibility Time to Pit Initiation at 65% RH, 25°C (days)Pit Depth after 180 days (µm) Time to Perforation (1.5 mm wall) (hours) at 65% RHRecommended Max Storage >6 Monate<0.1 Undetectable >365 (kein Lochfraß)<5 >10 Jahre Ja 0,1–0,5 Spur (unsichtbar) 180-365 5-15 5-10 Jahre Ja
0,5-1,0 Sehr hell (siehe unter UV) 90-180 15-40 2-5 Jahre Akzeptabel
1,0–2,0 Licht (sichtbarer Glanz) 60-90 40-80 1-2 Jahre Randwert
2,0–5,0 Mäßig (Verfärbung) 30-60 80-150 6-12 MonateNicht empfohlen
5,0–10,0 Starke (weiße Ablagerung) 15-30 150-250 3-6 Monate Nicht geeignet
10–20 Kruste (sehr stark) 7-15 250-400 2-3 Monate Inakzeptabel20 Dicke Kruste<7 >400 <2 months Not suitable
Einfluss der relativen Luftfeuchtigkeit auf die Rate der durch Chlorid verursachten Lochfraßbildung

Die Zeit bis zum Einsetzen der Lochfraßbildung nimmt mit zunehmender relativer Luftfeuchtigkeit rasch ab. Die Auswirkung der relativen Luftfeuchtigkeit bei konstanten 25 Grad für eine Restchloriddichte von 2 µg Cl-/cm2 ist in der folgenden Tabelle dargestellt.

Dicke der Elektrolytschicht (ca. μm) Zeit bis zur Lochbildung (Tage) Relative Luftfeuchtigkeit (%) Zeit bis zur Perforation (Monate)Lagerungsempfehlungen<40 No liquid (salt remains dry) >365 (no pitting) >10 Jahre Sicher 40-50 0.1-0.5 180-300 3-5 Jahre Sicher 50-60 0.5-1.0 90-180 2-3 JahreÜberwachen Sie 60-70 1-2 60-90 1-2 Jahre Trockenmittel empfohlen 70-80 2-5 30-60 6-12 Monate Trockenmittel erforderlich
80-90 5-10 15-30 3-6 months Unacceptable >90 >10 <15 <3 months Not acceptable
Verunreinigungsquellen des Lötflussmittels bei der Heizungsherstellung

Übliche Herstellungsaktivitäten, die auf 316-Hüllen Rückstände von Flussmitteln auf Chloridbasis hinterlassen:

Löten von Anschlüssen: Wenn elektrische Anschlussklemmen an den Heizmantel (oder an Leitungsdrähte) angelötet werden, werden üblicherweise Flussmittel auf Chloridbasis (z. B. Handy Flux Typ 2, bestehend aus ZnCl 2 und NH 4 Cl) verwendet. Bei unsachgemäßer Reinigung nach dem Löten verbleiben Flussmittelrückstände auf den angrenzenden Mantelflächen.

Angrenzendes Löten: Heizungen in zusammengebauten Geräten können benachbarte Kupferrohre oder elektrische Anschlüsse aufweisen, die mit Flussmittel--Kernlot verlötet sind. Auf dem Heizmantel können sich Flussmittelspritzer oder Dampf ansammeln.

Umgang mit Verunreinigungen: Bediener, die mit Flussmittel-beschichtete Komponenten handhaben und dann mit Edelstahlummantelungen in Berührung kommen, übertragen unsichtbare Chloridrückstände.

Die maximal zulässigen Grenzwerte für Flussmittelrückstände sind in der folgenden Tabelle für verschiedene Lagerungsbedingungen angegeben.

Lagerbedingungen Maximale Lagerdauer Maximal zulässiger Chloridrückstand (µg Cl- /cm2) Erforderliche Reinigungsmethode nach dem Löten
Klimatisierte Lagerhaltung (RH<50%) >12 Monate 5,0 Sichtprüfung und Abwischen mit Lösungsmittel
Umgebungstemperatur im Lager (RH 50–70 %) 2,0 In entionisiertem Wasser spülen und 6–12 Monate trocknen
Umgebungslager mit saisonal hoher Luftfeuchtigkeit 3–6 Monate 1,0 Ultraschallreinigung + DI-Spülung
Outdoor or uncontrolled (humidity >70%)Jeder<0.5 Full passivation + clean checked
Sealed with desiccant >12 Monate 10,0 Standardreinigung OK
Post-Überprüfung der Sauberkeit der Lötoberfläche

Für 316-Hüllen mit hartgelöteten Anschlüssen oder für jedes Lötverfahren werden dem Käufer die folgenden Methoden zur Sauberkeitsüberprüfung empfohlen:

Bresle-Patch-Methode (ISO 8502-6) Ein Patch wird auf die Oberfläche der Hülle geklebt, entionisiertes Wasser eingespritzt und die Leitfähigkeit zur Beurteilung der Chloridextraktion ausgewertet. Annahme:<2 µg Cl⁻/cm² for normal service, <0.5 µg Cl⁻/cm² for high humidity storage.

Ferroxyltest: Eine Lösung aus Kaliumferricyanid und Natriumchlorid wird auf die Oberfläche gegeben. Die blaue Farbe deutet auf freies Eisen oder reaktive Chloride hin. Annahme. Kein Blau.

Wasserbruchtest Nach dem Waschen sollte sich das Wasser gleichmäßig über die Oberfläche verteilen und nicht abperlen. Perlenbildung ist ein Hinweis auf organische Rückstände oder Flussmittelrückstände.

Vor--Fluss-induzierte Lochfraßbildung im Feld

Bei einem 316-Heizgerät, das vor der Inbetriebnahme Gruben aufweist, befinden sich die Gruben in der Nähe der hartgelöteten Anschlüsse oder an einer Stelle, an der möglicherweise Flussmittel verspritzt ist. Der Rest der Hülle ist makellos, aber die Grübchen neigen dazu, sich um die verschmutzte Stelle herum anzuhäufen. Unter dem Mikroskop können in der Grubenmitte verbleibende weiße oder braune kristalline Flusssalze sichtbar sein. Das EDS des Grubenrückstands zeigt das Vorhandensein von Chlor (Cl) und Zink (Zn) oder anderen Flussmittelkomponenten. Solche Fehler sollten im Reinigungsverfahren des Herstellers überprüft werden. Ersatzheizungen sollten mit einer Spezifikation für die Reinigung nach dem Löten bestellt werden<1 µg Cl⁻/cm² and confirmation by Bresle patch.

Fazit: Etablierung von Post-Branchender Sauberkeit für zuverlässige Lagerung

316 stainless steel sheathed heaters stored in humid conditions (RH >60-70 %) mit Restflussmitteldichten auf Chlorid--Basis von mehr als 1-2 µg Cl-/cm2 führen innerhalb von 30–90 Tagen nach der Lagerung zu Lochfraß und nach 6–12 Monaten nach der Lagerung zum Durchdringen der Mantelwand, bevor die Heizung überhaupt funktioniert. Ingenieure, die Heizgeräte mit gelöteten Anschlüssen spezifizieren, müssen eine Spezifikation für die Reinigung nach dem Löten mit maximalen Chloridrückstandsbeschränkungen bereitstellen (z. B.<1 µg Cl- /cm2 for storage >3 Monate,<0.5 µg Cl- /cm2 for >6 Monate). Probeneinheiten sollten durch Bresle-Patch- oder Ferroxyltests verifiziert werden. Zusätzlicher Schutz wird für kritische oder langfristige Lagerungsanwendungen durch eine vollständig passivierte Hülle (Salpetersäurepassivierung gemäß ASTM A967) und die Lagerung in versiegelten Beuteln mit Trockenmittel geboten. Dieser hier vorgestellte Ansatz verknüpft die Restflussdichte des Chlorids mit messbaren Lochfraßbeginnperioden unter feuchten Umgebungsbedingungen und ermöglicht es Käufern, Korrosionsausfälle vor dem Service aufgrund unzureichender Reinigung nach der Fertigung zu vermeiden.