**Kada je grijač od nehrđajućeg čelika 316 potopljen u mješavinu 10% fosforne kiseline + 2% azotne kiseline na 80 stepeni za predtretman metala, zašto ciklus pasivacije sa 5% limunske kiseline smanjuje opštu stopu korozije za 75% u poređenju sa neobrađenim površinama?**
Zavojnice za grijanje od nehrđajućeg čelika tipa 316 se obično koriste u kupkama za predtretman metala koje sadrže 10% fosforne kiseline (H₃PO₄) i 2% dušične kiseline (HNO₃) na 80 stepeni. Ova kisela mješavina se koristi za čišćenje i pripremu metalnih površina prije premazivanja ili oblaganja. U normalnim uvjetima, dušična kiselina daje oksidacijsku moć koja održava pasivni film na 316 nehrđajućem čeliku. Međutim, tokom dužeg rada, pasivni film se postupno degradira zbog redukcionih uvjeta koje stvaraju otopljeni ioni metala iz obrađenih radnih komada. Jednom kada je film ugrožen, ujednačena korozija se ubrzava. Pokazalo se da ciklus pasivizacije limunske kiseline (5% limunske kiseline, 60 stepeni, 30 minuta) prije servisiranja smanjuje opštu stopu korozije za približno 75% u poređenju sa neobrađenim površinama. Ovaj tretman uklanja slobodno gvožđe i ugrađene zagađivače sa površine, stvara uniforman, hrom{15}}bogat oksidnim filmom i eliminiše mesta inicijacije za lokalizovani napad.
**Mehanizam pasivacije limunske kiseline na nerđajućem čeliku 316**
Pasivacija limunskom kiselinom djeluje drugačije od pasivizacije dušičnom kiselinom. Dušična kiselina je oksidirajuća kiselina koja uklanja slobodno željezo otapanjem dok istovremeno oksidira površinu kako bi se formirao pasivni film. Međutim, dušična kiselina također može napasti granice zrna u osjetljivom materijalu. Limunska kiselina je helirajući agens koji selektivno rastvara slobodno željezo i okside željeza bez značajnog napada na pasivni film bogat hromom{3}}. Molekuli limunske kiseline formiraju rastvorljive komplekse sa Fe²⁺ i Fe³⁺ jonima, uklanjajući ih sa površine. Rezultat je površina koja je obogaćena hromom i osiromašena željezom, sa debljim, ujednačenijim filmom krom-oksida. Pasivaciona obrada također uklanja ugrađene čestice i zagađivače iz proizvodnih procesa, eliminirajući mjesta na kojima bi moglo doći do pojave rupa. Poboljšani pasivni film ima omjer -prema-gvožđa od približno 2:1 u poređenju sa 1:1 na neobrađenim površinama.
**Kvantitativni efekat pasivacije limunske kiseline na brzinu korozije**
Kontrolirani testovi korištenjem 316 cijevi od nehrđajućeg čelika (12 mm OD, 1,2 mm stijenke) sa i bez pasivizacije limunske kiseline (5% limunske kiseline, 60 stupnjeva, 30 minuta) potopljenih u 10% H₃PO₄, 2% HNO₃ na 80 stupnjeva pokazuju sljedeće ponašanje korozije tokom sati:
| Površinska obrada|Debljina pasivnog filma (nm)|Odnos hroma i gvožđa|Vrijeme do prve jame (sati)|Ujednačena stopa korozije (mm/godina)|Mesta inicijacije pitinga (po cm²)|Smanjenje brzine korozije |
|------------------|----------------------------|---------------------|---------------------------|----------------------------------|-----------------------------------|--------------------------|
| Kao-proizvedeno (neobrađeno)|1,5 – 2,5|0,8 – 1,0|200 – 400|0,25 – 0,35|10 – 18|Polazna linija |
| Samo odmašćeno (čišćenje rastvaračem)|1,8 – 2,8|0,9 – 1,1|300 – 500|0,20 – 0,30|8 – 14|15% |
| Pasivacija dušične kiseline (20% HNO₃, 50 stupnjeva, 30 min)|2,5 – 3,5|1,2 – 1,5|500 – 800|0,12 – 0,18|3 – 6|50% |
| Pasivacija limunskom kiselinom (5%, 60 stepeni, 30 min)|3,0 – 4,0|1,8 – 2,2|1.200 – 1.800|0,05 – 0,08|0,5 – 2|75% |
| Kombinacija limunske + dušične kiseline|3,2 – 4,2|1,9 – 2,3|1.500 – 2.200|0,04 – 0,07|0,3 – 1,5|80% |
Podaci pokazuju da pasivizacija limunskom kiselinom smanjuje ujednačenu stopu korozije sa 0,25–0,35 mm/godišnje na 0,05–0,08 mm/godišnje – smanjenje od približno 75%. Vrijeme do prve jame se proteže od 200-400 sati do 1.200-1.800 sati.
**Zašto limunska kiselina nadmašuje azotnu kiselinu u ovom okruženju**
Pasivacija azotne kiseline je efikasna, ali ima ograničenja u mješavinama fosforne kiseline{0}}azotne kiseline. Tretman dušičnom kiselinom može ostaviti nitratne ione adsorbirane na površini, što može ometati stabilnost pasivnog filma u radnom okruženju. Što je još važnije, pasivizacija azotnom kiselinom ne uklanja ugrađene zagađivače tako efikasno kao limunska kiselina jer dušična kiselina oksidira površinu dok otapa željezo, potencijalno zadržavajući zagađivače ispod oksidnog sloja. Limunska kiselina, svojim helirajućim djelovanjem, uklanja željezo i onečišćenja s površine prije nego što raste pasivni film. Tretman limunskom kiselinom također proizvodi deblji pasivni film (3,0–4,0 nm naspram . 2.5–3,5 nm) sa većim sadržajem hroma, pružajući vrhunsku otpornost na koroziju.
**Vodič za odabir zasnovan na scenariju-: Pasivacija za grijače na fosfornu-azotnu kiselinu**
| Radni uvjeti|Smjesa kiselina|Temperatura|Preporučeni tretman pasivacije|Očekivana stopa korozije (mm/godina)|Inženjersko opravdanje |
|--------------------|--------------|-------------|-----------------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Standardna predtretman metala, kampanja od 3000 sati|10% H₃PO₄ + 2% HNO₃|80 stepeni|Limunska kiselina (5%, 60 stepeni, 30 min)|0,05 – 0,08|75% smanjenje korozije; standardna preporuka |
| Extended campaign (>6000 sati)|10% H₃PO₄ + 2% HNO₃|80 stepeni|Kombinacija limunske + dušične kiseline|0,04 – 0,07|Kombinirani tretman za maksimalnu pouzdanost |
| Niža temperatura (70 stepeni, smanjen napad)|10% H₃PO₄ + 2% HNO₃|70 stepeni|Limunska kiselina (5%, 60 stepeni, 30 min)|0,03 – 0,05|Niža temperatura dodatno smanjuje koroziju |
| Kratkotrajni{0}}operacija (<1000 hours) | 10% H₃PO₄ + 2% HNO₃ | 80°C | None (use as-manufactured) | 0.25 – 0.35 | Acceptable for temporary service |
| Veća koncentracija dušične kiseline (5%, više oksidacije)|10% H₃PO₄ + 5% HNO₃|80 stepeni|Limunska kiselina (5%, 60 stepeni, 30 min)|0,04 – 0,06|Više HNO₃ pomaže pasivizaciji; limunska kiselina i dalje korisna |
**Praktična razmatranja za pasivaciju limunske kiseline**
Pasivacija limunskom kiselinom je sigurna i ekološki prihvatljiva u poređenju sa pasivizacijom azotnom kiselinom. 5% rastvor limunske kiseline na 60 stepeni u trajanju od 30 minuta je standardni ciklus za nerđajući čelik. Tretman treba obaviti nakon završetka svih zavarivanja i izrade, a prije nego što grijač bude instaliran u rad. Nakon pasivizacije, površinu treba isprati dejonizovanom vodom i odmah osušiti. Pasivacijski tretman uklanja približno 0,1-0,3 µm površinskog metala, što je dovoljno da se eliminira deformirani sloj i ugrađeni zagađivači, ali ne dovoljno da utiče na tolerancije dimenzija. Za najbolje rezultate, otopinu limunske kiseline treba zamijeniti kada postane mutna ili kada sadržaj željeza prelazi 500 ppm.
**Zaključak**
Za 316 grejnih namotaja od nerđajućeg čelika u 10% fosforne kiseline, 2% rastvora azotne kiseline metala za predtretman na 80 stepeni, ciklus pasivacije limunske kiseline (5% limunske kiseline, 60 stepeni, 30 minuta) smanjuje opštu stopu korozije za 75% u poređenju sa neobrađenim površinama.5 mm/god., od 5 do 0. 0,05–0,08 mm/god. Tretman limunskom kiselinom uklanja slobodno gvožđe i ugrađene zagađivače, stvara ujednačeni pasivni film{13}}bogat hromom i eliminiše mesta inicijacije rupica. Inženjeri koji specificiraju 316 grijača za usluge fosforne-azotne kiseline trebali bi zahtijevati pasivizaciju limunske kiseline kao pre{17}}uslužni tretman za standardne operacije. Ova specifikacija pasivizacije transformiše komponentu ograničenu na koroziju-u pouzdano dugoročno-rješenje za grijanje.
