In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11, silikāts veido nepārtrauktu, ne-porainu aizsargplēvi, kuras biezums ir 0,5–2 µm. Ja pH ir 9, plēve ir poraina, saplaisājusi un neaizsargā-, ļaujot hlorīdam vai citām agresīvām vielām iekļūt un izraisīt bedrīšu veidošanos. Atšķirība rodas no silikāta jonu polimerizācijas stāvokļa. Pie augsta pH silikāts pastāv kā monomēri SiO₄⁴⁻ joni, kas veido blīvu, stiklveida plēvi. Pie zemāka pH silikāts polimerizējas koloidālās ķēdēs, kas rada porainu, saplaisājušu struktūru.

pH{0}}atkarīgās silikāta plēves veidošanās mehānisms

The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), līdzsvars veicina monomēru jonus, kas nogulsnējas kā blīva amorfa silīcija dioksīda plēve. Pie pH 9–10 joni polimerizējas ķēdei līdzīgās struktūrās, kas veido porainu tīklu. Plēve ietver arī nātrija jonus, veidojot nātrija silikāta stiklu. Aizsardzības kvalitāti nosaka plēves blīvums un mikro-plaisu neesamība.

Kvantitatīvā plēves kvalitāte kā pH funkcija

Kontrolētā testēšana 10% Na2SiO3 80 grādu temperatūrā 500 stundu laikā ir atklājusi sekojošo 2. pakāpes titānam. Pie pH 8 plēves biezums ir 0,1–0,3 µm, plēves porainība ir augsta, korozijas ātrums ir 0,15–0,30 mm gadā un ir punktveida veidošanās. Pie pH 9 biezums ir 0,2–0,5 µm, porainība ir augsta, korozijas ātrums ir 0,08–0,20 mm gadā, un neregulāri parādās punktveida veidošanās. Pie pH 10 biezums ir 0,5–1,0 µm, porainība ir mērena, korozijas ātrums ir 0,04–0,10 mm gadā, punktveida veidošanās ir reti sastopama. Pie pH 11 biezums ir 1,0–1,5 µm, porainība ir zema, korozijas ātrums ir 0,02–0,05 mm gadā un neveidojas bedrītes. Pie pH 12 biezums ir 1,5–2,5 µm, porainība ir ļoti zema, korozijas ātrums ir 0,01–0,03 mm gadā un neveidojas bedrītes. Pie pH 13 biezums ir 2,0–3,0 µm, porainība ir ļoti zema, korozijas ātrums ir 0,005–0,015 mm gadā un nerodas punktveida veidošanās.

Temperatūras ietekme uz pH prasību

Minimālais pH, kas nepieciešams aizsargplēvei, palielinās līdz ar temperatūru. Pie 60 grādiem minimālais pH ir 10,5 un ieteicamais pH ir 11,0. Pie 80 grādiem minimālais ir 11,0, bet ieteicamais ir 11,5. Pie 100 grādiem minimālais ir 11,5 un ieteicamais ir 12,0. Pie 120 grādiem minimālais ir 12,0 un ieteicamais ir 12,5. Augstāka temperatūra veicina silikātu polimerizāciju, kas prasa augstāku pH, lai saglabātu monomēru stāvokli.

pH kontroles rokasgrāmata nātrija metasilikāta pakalpojumam

Nākamajā tabulā sniegti ieteikumi pH kontrolei, lai saglabātu silikāta aizsargplēvi 2. pakāpes titāna sildītājiem 10% nātrija metasilikātā 80 grādu temperatūrā.

Inženierzinātnes ārpus pH kontroles

Titāna pakāpe ietekmē nepieciešamo pH līmeni. 7. pakāpe (pallādija -stabilizēta) veido aizsargājošu silikāta plēvi pie pH 10,5–11,0, kas ir nedaudz zemāka par 2. pakāpi. 12. klase nodrošina līdzīgu darbību kā 2. pakāpe. Sienas biezums nodrošina aizsardzību pret koroziju, ja plēve nav pilnībā aizsargājoša. Silikāta koncentrācija ietekmē plēves veidošanos; pie 5% Na2SiO₃ nepieciešamais pH ir 11,5. Pie 15% Na2SiO3 nepieciešamais pH ir 10,5. Hlorīdu klātbūtne (no piemaisījumiem) palielina nepieciešamo pH par 0,5–1,0 vienībām. Šķīdums jāuzrauga ar pH metru, kas kalibrēts augstam{16}}pH šķīdumiem.

Apzinātas specifikācijas izveide

Titāna iegremdējamam sildītājam 10% nātrija metasilikātā 80 grādu temperatūrā uzturiet pH virs 11,0, pievienojot nātrija hidroksīdu. Uzstādiet pH regulatoru ar trauksmes signālu, kas iestatīts uz 10,8 un bloķētāju uz 10,5. Esošajām sistēmām ar pH zem 11 pievienojiet NaOH, lai paaugstinātu pH līdz 11,5. Ja pH nevar paaugstināt, izmantojiet 7. pakāpes titānu vai samaziniet temperatūru līdz 60 grādiem. Darbības laikā pārbaudiet, vai sildītāja virsmā nav bedru; ja tiek novērota kauliņu veidošanās, nekavējoties palieliniet pH. Kontrolējot pH virs 11, inženieris nodrošina aizsargājošas, ne{13}}porainas silikāta plēves veidošanos uz titāna.