In che modo il tipo di lubrificante per il disegno del tubo (paraffina clorurata o bisolfuro di molibdeno) influisce sulla contaminazione da ferro della superficie post-pulizia e sul tasso di scolorimento nell'acido acetico al 99,5% a 100 gradi?

I lubrificanti per trafilatura sono fondamentali nella fabbricazione di tubi riscaldanti in titanio per ridurre l'attrito e prevenire il grippaggio. Le paraffine clorurate e il bisolfuro di molibdeno (MoS₂) sono due lubrificanti comuni. Le paraffine clorurate contengono tra il 30% e il 70% di cloro e producono residui difficili da rimuovere completamente. Anche dopo la pulitura le tracce di ferro provenienti dal processo di trafilatura possono complessarsi con residui clorurati. Questo ferro residuo viene poi lisciviato nell'acido acetico al 99,5% a 100 gradi per formare acetato di ferro [Fe(CH₃COO)₃ o Fe(CH₃COO)₂] che provoca una colorazione da gialla a bruno-rossastra che può essere rilevata a concentrazioni fino a 1–5 ppm. Il lubrificante al bisolfuro di molibdeno lascia un residuo distinto che è più facile da rimuovere e non complessa la stiratura allo stesso modo, con conseguente tasso di scolorimento molto più basso. Il lubrificante MoS2 è particolarmente consigliato per il servizio con acido acetico ad elevata purezza.

In che modo il lubrificante viene contaminato e scolorito dal ferro

Durante la trafilatura dei tubi, i lubrificanti a base di paraffina clorurata dissolvono e rilasciano acido cloridrico che aggredisce la superficie e gli utensili del titanio e incorpora particelle di ferro nella superficie del titanio. I residui clorurati contengono anche ferro proveniente dalle filiere di trafilatura. Questi residui contaminati da ferro sono difficili da rimuovere con i metodi di sgrassaggio convenzionali. Il ferro reagisce nell'acido acetico caldo: Fe + 2CH₃COOH → Fe(CH₃COO)₂ + H₂. L'acetato ferrico si forma in presenza di aria: 2Fe + 6CH₃COOH + 3/2O₂ → 2Fe(CH₃COO)₃ + 3H₂O. Gli acetati di ferro intensamente colorati scoloriscono il prodotto dell'acido acetico. Lubrificante al bisolfuro di molibdeno esente da cloro, non assorbe ferro. Viene rimosso più completamente con la pulizia alcalina, che lascia anche poco ferro sulla superficie.

Tipo di lubrificante rispetto alla contaminazione quantitativa da ferro e allo scolorimento

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 ore e la concentrazione di acetato di ferro è<0.5 ppm for a no-lubricant control (experimental only, not practical).

Effetto della procedura di pulizia sull'efficienza della rimozione del ferro

Per entrambi i tipi di lubrificanti la procedura di pulizia ha un effetto significativo sul ferro rimasto. Per la paraffina clorurata, un semplice sgrassaggio alcalino rimuove dall'80 al 90% del residuo lasciando da 0,5 a 2,0 µg/cm2 di ferro. Un decapaggio con acido nitrico al 20% per 10 minuti riduce il ferro rimanente a 0,1–0,5 µg/cm2, un valore superiore a quello della sola pulizia alcalina su MoS2. Nel caso del lubrificante MoS2, solo lo sgrassaggio alcalino fornisce 0,05–0,2 µg/cm². La pulizia ad ultrasuoni in soluzione detergente riduce il ferro residuo nel MoS 2 a 0,02-0,10 ug/cm 2. Lo sgrassaggio con vapori di tricloroetilene è efficace per entrambi i tipi di lubrificante ma lascia alcune tracce di residui. La pulizia al plasma fornisce il contenuto di ferro più basso per entrambi, ma è costosa.

Guida alla selezione di lubrificanti e detergenti per servizi con acido acetico ad elevata purezza

La tabella seguente fornisce raccomandazioni sul tipo di lubrificante e sul processo di pulizia per i tubi riscaldanti in titanio per acido acetico al 99,5% a 100 gradi in base ai limiti consentiti di scolorimento e ai requisiti di colore del prodotto.

Colore acido acetico (APHA dopo 500 ore) richiesto Lubrificante per disegno suggerito Procedura di pulizia richiesta Ferro superficiale residuo previsto (μg/cm²) Acetato di ferro previsto nell'acido (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 Ingegneria oltre la selezione dei lubrificanti

Il grado di titanio non influisce sulla contaminazione da ferro, ma il grado 7 ha una resistenza alla corrosione superiore nell'acido acetico e può essere utilizzato per un servizio prolungato prima dello scolorimento dovuto ad altre cause. Lo spessore della parete non influisce direttamente sullo scolorimento. Anche la finitura superficiale del tubo influisce sulla ritenzione del ferro, le superfici elettrolucidate (Ra < 0,3 µm) hanno una superficie inferiore per intrappolare il ferro e sono più facili da pulire. Se gli attuali riscaldatori sono scoloriti, i depositi di acetato di ferro possono essere rimossi dalla superficie mediante un processo di pulizia con acido citrico al 10% a 60 gradi per 2 ore. Ma una volta inglobato nel titanio è difficile rimuoverlo completamente.

Specifica informata

Designare il bisolfuro di molibdeno come lubrificante per trafilatura per tubi riscaldanti in titanio per acido acetico al 99,5% a 100°C e criteri di colore rigorosi (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.