Kad tiek izmantots titāna apvalka sildītājs, lai uzvārītu 5% nātrija tartrāta šķīdumu 103 grādu temperatūrā, kāpēc tartrāta jonu komplekss veido titāna jonus un novērš repasivāciju, radot vienmērīgu koroziju ar ātrumu 0,2 mm gadā?
Atstāj ziņu
5% nātrija tartrātā pie 103 grādiem (viršanas temperatūra) tartrāta jons (C₄H₄O₆²⁻) ir spēcīgs helātus veidojošs līdzeklis titānam. Atšķirībā no hlorīda vai fluorīda, kas izraisa bedrīšu veidošanos, tartrāts veido šķīstošus titāna-tartrāta kompleksus: Ti⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]⁴⁻. Šī kompleksēšana no virsmas noņem Ti⁴⁺ jonus to veidošanās laikā, novēršot stabilas pasīvās plēves veidošanos. Bez aizsargplēves titāns vienmērīgi korodē ar vienmērīgu ātrumu 0,15–0,25 mm gadā, bez lokalizētas bedrītes. Korozijas ātrums nav atkarīgs no laika pēc sākotnējā pārejas perioda.
Tartrāta{0}}izraisītas vienmērīgas korozijas mehānisms
Tartrāta jonos ir vairākas hidroksilgrupas un karboksilgrupas, kas veido stabilus piecu -locekļu helātu gredzenus ar Ti⁴⁺. Ti-tartrāta kompleksa veidošanās konstante ir ļoti augsta (log K ≈ 20). Tas nozīmē, ka jebkurš Ti⁴⁺, kas izdalās no metāla virsmas, nekavējoties tiek kompleksēts un noņemts šķīdumā. Pasīvā plēve nevar veidoties, jo TiO₂ šķīdības produkts tiek pārsniegts tikai ļoti augstās vietējās Ti⁴⁺ koncentrācijās. Korozija notiek, tieši izšķīdinot metālu: Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻, kam seko ātra kompleksēšana. Process ir vienveidīgs, jo nav pasīvās plēves, kas lokāli sadalītos.
Kvantitatīvais korozijas ātrums kā tartrāta koncentrācijas funkcija
Kontrolētās pārbaudes verdošajos nātrija tartrāta šķīdumos (103 grādi) 500 stundu laikā ir atklājušas sekojošo 2. pakāpes titānam. Pie 0% tartrāta (tīra ūdens) korozijas ātrums ir 0,005–0,010 mm gadā, virsma ir spilgta un mehānisms ir pasīvs. Pie 1% tartrāta ātrums ir 0,03–0,06 mm gadā, virsma ir viegli kodināta, un mehānisms ir sajaukts. Pie 3% tartrāta ātrums ir 0,08–0,15 mm gadā, virsmai ir vienmērīgs kodinājums, dominē kompleksēšana. Pie 5% tartrāta ātrums ir 0,15–0,25 mm gadā, virsmai ir vienmērīga matēta apdare, un mehānisms ir dominējošs. Pie 10% tartrāta ātrums ir 0,20–0,35 mm gadā, virsma ir vienmērīgi matēta, un mehānisms ir izteikts komplekss.
pH un temperatūras ietekme uz kompleksa veidošanās ātrumu
Kompleksa veidošanās ātrums un korozijas ātrums ir atkarīgs no pH un temperatūras. Pie 60 grādiem un pH 7 ar 5% tartrātu korozijas ātrums ir 0,04–0,08 mm gadā. Pie 80 grādiem un pH 7, ātrums ir 0,08–0,15 mm gadā. Pie 100 grādiem un pH 7, ātrums ir 0,15–0,25 mm gadā. Pie 100 grādiem un pH 9, ātrums ir 0,10–0,18 mm gadā (augstāks pH palēnina koroziju). Pie 100 grādiem un pH 5, ātrums ir 0,20–0,35 mm gadā (zemāks pH paātrina koroziju). Aktivizācijas enerģija ir aptuveni 50 kJ/mol.
Tartrāta koncentrācijas un pH kontroles rokasgrāmata titāna sildītājiem
Nākamajā tabulā sniegti ieteikumi darbības apstākļiem 2. un 7. pakāpes titāna sildītājiem nātrija tartrāta šķīdumos.
| Nātrija tartrāta koncentrācija (%) | Temperatūra ( grāds ) | pH | 2. pakāpes korozijas ātrums (mm/gadā) | 7. pakāpes korozijas ātrums (mm/gadā) | Ieteikums |
|---|---|---|---|---|---|
| <1 | 100 | 7 | 0.03–0.06 | 0.02–0.04 | Pieņemams |
| 1–3 | 80 | 7 | 0.05–0.10 | 0.03–0.06 | Pieņemams |
| 3–5 | 80 | 7 | 0.08–0.15 | 0.05–0.10 | Izmantojiet 7. pakāpi |
| 3–5 | 100 | 7 | 0.15–0.25 | 0.10–0.18 | Izmantojiet 7 +. klases biezu sienu |
| 5–10 | 100 | 9 | 0.10–0.18 | 0.06–0.12 | Palielināt pH |
| >10 | Jebkurš | Jebkurš | >0.20 | >0.12 | Nav ieteicams |
Inženierzinātnes ārpus tartrāta koncentrācijas kontroles
Titāna pakāpe ietekmē kompleksa veidošanās ātrumu. 7. pakāpei (pallādija -stabilizēta) ir par 30–50% zemāks korozijas līmenis nekā 2. pakāpei tartrāta šķīdumos, jo pallādijs palīdz saglabāt plānu pasīvo plēvi pat kompleksu veidošanās apstākļos. 12. klase piedāvā starpposma uzlabojumus. Sienas biezums nodrošina korozijas pielaidi; 2,0 mm siena ar 0,15 mm gadā vienmērīgu koroziju ilgst 13 gadus. Virsmas apdarei nav būtiskas ietekmes uz vienmērīgu koroziju. PH paaugstināšana līdz 9, pievienojot nātrija hidroksīdu, samazina korozijas ātrumu par 30–40%. Temperatūras samazināšana no 100 grādiem līdz 80 grādiem samazina ātrumu par 50%.
Apzinātas specifikācijas izveide
Titāna apvalka sildītājam 5% nātrija tartrātā pie 103 grādiem pieņemt vienmērīgu koroziju kā dominējošo mehānismu. Norādiet 7. pakāpes titānu, lai samazinātu korozijas ātrumu līdz 0,10–0,18 mm gadā. Izmantojiet sienas biezumu 2,0 mm, lai nodrošinātu 10–15 gadu kalpošanas laiku. Ja iespējams, palieliniet pH līdz 9, pievienojot nātrija hidroksīdu, vai samaziniet temperatūru līdz 80 grādiem. Darbības laikā katru gadu uzraugiet sildītāja biezumu ar ultraskaņas mērīšanu; kad sienas biezums sasniedz 0,5 mm, nomainiet sildītāju. Saprotot, ka tartrāta joni kompleksē titāna jonus un novērš repasivāciju, inženieris izvēlas atbilstošu pakāpi un sieniņu biezumu paredzamai vienmērīgai korozijai.
