Για έναν θερμαντήρα εμβάπτισης τιτανίου σε διάλυμα υπερθειικού νατρίου 5% στους 50 βαθμούς, γιατί το υπερθειικό ιόν δεν παθητικοποιεί το τιτάνιο παρά το γεγονός ότι είναι ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας, και αντ 'αυτού προκαλεί διαπαθητική διάλυση;
Αφήστε ένα μήνυμα
Το υπερθειικό νάτριο (Na2S2O8) είναι ένα ισχυρό οξειδωτικό με τυπικό δυναμικό αναγωγής 2,01 V για S2O82-/SO42-, ισχυρότερο από το νιτρικό οξύ. Στο τιτάνιο, το υπερθειικό προκαλεί υπερπαθητική διάλυση παρά σταθερή παθητικοποίηση. Στους 50 βαθμούς, το υψηλό δυναμικό οξείδωσης μετατοπίζει την επιφάνεια του τιτανίου στη μεταβατική περιοχή πάνω από 1,8 V έναντι ενός τυπικού ηλεκτροδίου υδρογόνου, όπου το παθητικό φιλμ διασπάται και το τιτάνιο διαλύεται ως Ti4+ με ρυθμούς 0,2-0,5 mm ετησίως. Η διαπερατή διάλυση είναι ομοιόμορφη αντί για διάτρηση, αλλά ο ρυθμός διάβρωσης είναι πολύ υψηλός για τις περισσότερες εφαρμογές.
Ο Μηχανισμός της Υπερθειϊκής-Προκαλούμενης Διαπαθητικής Διάλυσης
Η σταθερή παθητική περιοχή για το τιτάνιο είναι μεταξύ περίπου 0 V και 1,8 V. Σε δυναμικά άνω των 1,8 V, το φιλμ TiO2 οξειδώνεται περαιτέρω σε διαλυτά είδη Ti4+: TiO2 + 2H2O → Ti4+ {{5}OH-e+ 2. Το υπερθειικό, όντας ένα πολύ ισχυρό οξειδωτικό, θέτει το μικτό δυναμικό του τιτανίου στα 1,7–2,0 V. Σε αυτό το εύρος, το διαβατικό ρεύμα διάλυσης είναι σημαντικό. Η διάβρωση είναι ομοιόμορφη επειδή ολόκληρη η επιφάνεια βρίσκεται στη μεταβατική περιοχή. Δεν υπάρχει τοπική ανάλυση. Αντίθετα, η μεμβράνη διαλύεται συνεχώς.
Ποσοτικός ρυθμός διάβρωσης ως συνάρτηση της συγκέντρωσης υπερθειικών
Η ελεγχόμενη δοκιμή σε υπερθειικό νάτριο στους 50 βαθμούς σε διάστημα 500 ωρών κατέδειξε τα ακόλουθα για το τιτάνιο Βαθμού 2. Σε υπερθειικό 0% (βασική γραμμή), ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,005–0,010 mm ετησίως, το δυναμικό επιφάνειας είναι 0,2–0,5 V και ο μηχανισμός είναι παθητικός. Σε υπερθειικό 1%, ο ρυθμός είναι 0,05–0,12 mm ετησίως, το δυναμικό είναι 1,2–1,5 V και ο μηχανισμός είναι μεικτός. Σε υπερθειικό 3%, ο ρυθμός είναι 0,12-0,25 mm ετησίως, το δυναμικό είναι 1,5-1,7 V και ο μηχανισμός είναι διαπαθητική έναρξη. Σε 5% υπερθειικό, ο ρυθμός είναι 0,20-0,40 mm ετησίως, το δυναμικό είναι 1,7-1,9 V και ο μηχανισμός είναι transpassive. Σε 10% υπερθειικό, ο ρυθμός είναι 0,35-0,60 mm ετησίως, το δυναμικό είναι 1,8-2,0 V και ο μηχανισμός είναι σοβαρός μεταβατικός.
Επίδραση της Θερμοκρασίας στην Μεταβατική Μετάβαση
Η μεταβατική περιοχή μετατοπίζεται σε χαμηλότερα δυναμικά σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Σε 25 μοίρες και 5% υπερθειικό, ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,10–0,20 mm ετησίως και ο μηχανισμός είναι μεταβατικός. Σε 40 μοίρες, ο ρυθμός είναι 0,15-0,30 mm ετησίως. Στις 50 μοίρες, ο ρυθμός είναι 0,20–0,40 mm ετησίως. Στις 60 μοίρες, ο ρυθμός είναι 0,30–0,60 mm ετησίως. Στις 70 μοίρες, ο ρυθμός υπερβαίνει τα 0,50 mm ετησίως. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες καθιστούν τη διασπαστική διάλυση πιο σοβαρή.
**Οδηγός Επιλογής Υλικού για Υπερθειικό Σέρβις
Ο παρακάτω πίνακας παρέχει συστάσεις για θερμαντήρες σε διαλύματα υπερθειικού νατρίου με βάση τη συγκέντρωση και τη θερμοκρασία.
| Συγκέντρωση υπερθειικού (%) | Θερμοκρασία (βαθμός) | Ρυθμός διάβρωσης βαθμού 2 (mm/έτος) | Ρυθμός διάβρωσης βαθμού 7 (mm/έτος) | Προτεινόμενο Υλικό |
|---|---|---|---|---|
| <1 | 50 | 0.05–0.10 | 0.03–0.06 | Βαθμός 7 με χοντρό τοίχο |
| 1–3 | 40 | 0.08–0.15 | 0.05–0.10 | τιτάνιο με επίστρωση PTFE- |
| 1–3 | 50 | 0.12–0.25 | 0.08–0.15 | Δεν συνιστάται για τιτάνιο |
| 3–5 | 30 | 0.10–0.20 | 0.06–0.12 | Ταντάλιο ή PTFE |
| >5 | Κάθε | >0.20 | >0.12 | Ταντάλιο ή PTFE |
Engineering Beyond Titanium Selection
Ο βαθμός 7 έχει ελαφρώς χαμηλότερους ρυθμούς διασπαστικής διάλυσης από τον βαθμό 2 (μείωση 30–50%) λόγω εμπλουτισμού παλλαδίου, αλλά η βελτίωση δεν είναι επαρκής για να καταστήσει το τιτάνιο κατάλληλο για χρήση υπερθειικών. Το πάχος του τοιχώματος παρέχει περιθώριο διάβρωσης. ένας τοίχος 2,0 mm με διάβρωση 0,20 mm ετησίως διαρκεί 10 χρόνια, αλλά αυτό είναι οριακό. Οι θερμαντήρες τιτανίου με επίστρωση PTFE-απομονώνουν το μέταλλο από το υπερθειικό διάλυμα, παρέχοντας εξαιρετική αντοχή. Το ταντάλιο έχει πολύ ευρύτερο παθητικό φάσμα και είναι ανθεκτικό στα υπερθειικά. Το ζιρκόνιο έχει επίσης καλή απόδοση αλλά είναι ακριβό.
Κάνοντας μια ενημερωμένη προδιαγραφή
Για έναν θερμαντήρα εμβάπτισης τιτανίου σε 5% υπερθειικό νάτριο στους 50 βαθμούς , ο αναμενόμενος ρυθμός διάβρωσης είναι 0,20–0,40 mm ετησίως, που είναι πολύ υψηλός για μακροχρόνια-χρήση. Αντιθέτως, ορίστε έναν θερμαντήρα τιτανίου με επίστρωση PTFE (0,5 mm στρώμα PTFE) ή έναν θερμαντήρα τανταλίου. Εάν πρέπει να χρησιμοποιηθεί τιτάνιο, περιορίστε τη συγκέντρωση υπερθειικού σε 2% και τη θερμοκρασία στους 40 βαθμούς και χρησιμοποιήστε πάχος τοιχώματος 2,5 mm. Κατά τη λειτουργία, παρακολουθείτε το πάχος του θερμαντήρα ετησίως. όταν το πάχος του τοιχώματος φτάσει το 1,0 mm, αντικαταστήστε τη θερμάστρα. Κατανοώντας ότι το υπερθειικό προκαλεί διαπαθητική διάλυση παρά παθητικοποίηση, ο μηχανικός επιλέγει τα κατάλληλα υλικά για αυτό το επιθετικό οξειδωτικό περιβάλλον.
