Como o tipo de lubrificante para trefilação do tubo (parafina clorada versus dissulfeto de molibdênio) afeta a contaminação de ferro da superfície pós-{1}}limpeza e a taxa de descoloração em ácido acético 99,5% a 100 graus?

Os lubrificantes de trefilação são essenciais na fabricação de tubos de aquecimento de titânio para reduzir o atrito e evitar escoriações. Parafinas cloradas e dissulfeto de molibdênio (MoS₂) são dois lubrificantes comuns. As parafinas cloradas contêm entre 30% e 70% de cloro e produzem resíduos difíceis de remover completamente. Mesmo após a limpeza, os vestígios de ferro provenientes do processo de trefilação podem ser complexados com resíduos clorados. Este ferro residual então é lixiviado para o ácido acético 99,5% a 100 graus para formar acetato de ferro [Fe(CH₃COO)₃ ou Fe(CH₃COO)₂] que causa uma descoloração amarela a marrom avermelhada que pode ser detectada em concentrações tão baixas quanto 1–5 ppm. O lubrificante de dissulfeto de molibdênio deixa um resíduo distinto que é mais fácil de remover e não complexifica o ferro da mesma maneira, resultando em taxas de descoloração muito mais baixas. O lubrificante MoS2 é particularmente recomendado para serviços com ácido acético de alta pureza.

Como o lubrificante fica contaminado e descolorido pelo ferro

Durante a trefilação do tubo, os lubrificantes de parafina clorada se dissolvem e liberam ácido clorídrico que ataca a superfície do titânio e as ferramentas e incorpora partículas de ferro na superfície do titânio. Os resíduos clorados também contêm ferro das matrizes de trefilação. Estes resíduos contaminados com ferro são difíceis de remover pelos métodos convencionais de desengorduramento. O ferro reage em ácido acético quente: Fe + 2CH₃COOH → Fe(CH₃COO)₂ + H₂. O acetato férrico é formado na presença de ar: 2Fe + 6CH₃COOH + 3/2O₂ → 2Fe(CH₃COO)₃ + 3H₂O. Os acetatos de ferro intensamente coloridos descoloram o produto do ácido acético. Lubrificante dissulfeto de molibdênio sem cloro, sem captação de ferro. É removido de forma mais completa pela limpeza alcalina, que também deixa pouco ferro na superfície.

Tipo de lubrificante vs. contaminação e descoloração quantitativa de ferro

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 >2.000 horas, e a concentração de acetato de ferro é<0.5 ppm for a no-lubricant control (experimental only, not practical).

Efeito do procedimento de limpeza na eficiência da remoção de ferro

Para ambos os tipos de lubrificantes, o procedimento de limpeza tem um efeito significativo no ferro restante. Para a parafina clorada, um simples desengorduramento alcalino remove 80 a 90% do resíduo deixando 0,5 a 2,0 µg/cm2 de ferro. Uma decapagem com ácido nítrico a 20% por 10 minutos diminui o ferro restante para 0,1–0,5 µg/cm2, o que é mais alto do que para a limpeza alcalina sozinha em MoS2. No caso do lubrificante MoS2, apenas o desengordurante alcalino fornece 0,05–0,2 µg/cm². A limpeza ultrassônica em solução detergente reduz o ferro residual em MoS 2 para 0,02-0,10 ug/cm 2. O desengorduramento por vapor de tricloroetileno é eficiente para ambos os tipos de lubrificante, mas deixa alguns vestígios de resíduos. A limpeza a plasma oferece o menor teor de ferro para ambos, mas é cara.

Guia de seleção de lubrificantes e produtos de limpeza de ácido acético de alta pureza

A tabela a seguir fornece recomendações para o tipo de lubrificante e processo de limpeza para tubos aquecedores de titânio para ácido acético 99,5% a 100 graus com base nos limites permitidos de descoloração e requisitos de cor do produto.

Cor de ácido acético (APHA após 500 horas) Necessário Lubrificante de desenho sugerido Procedimento de limpeza necessário Ferro residual esperado na superfície (µg/cm²) Acetato de ferro esperado em ácido (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 Engenharia além da seleção de lubrificantes

O grau de titânio não afeta a contaminação por ferro, mas o grau 7 tem resistência superior à corrosão em ácido acético e pode ser usado para serviços prolongados antes da descoloração por outras causas. A espessura da parede não afeta diretamente a descoloração. O acabamento superficial do tubo também afeta a retenção de ferro, as superfícies eletropolidas (Ra < 0,3 µm) têm menos área de superfície para reter o ferro e são mais fáceis de limpar. Se os aquecedores atuais estiverem descoloridos, os depósitos de acetato de ferro podem ser removidos da superfície por um processo de limpeza com ácido cítrico a 10% a 60 graus por 2 horas. Mas uma vez incorporado ao titânio é difícil removê-lo completamente.

Especificação informada

Designe dissulfeto de molibdênio como lubrificante de trefilação para tubo de aquecimento de titânio para ácido acético 99,5% a 100°C e critérios de cor rígidos (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.