Όταν ένας θερμαντήρας θήκης τιτανίου χρησιμοποιείται για να βράσει ένα διάλυμα τρυγικού νατρίου 5% στους 103 βαθμούς, γιατί το τρυγικό ιόν συνδυάζει ιόντα τιτανίου και αποτρέπει την επαναπαθητικότητα, που οδηγεί σε ομοιόμορφη διάβρωση στα 0,2 mm ανά έτος;

Το τρυγικό ιόν (C4H4O6 2-) είναι ένας ισχυρός χηλικός παράγοντας για το τιτάνιο σε 5% τρυγικό νάτριο στους 103 βαθμούς (βρασμός). Το τρυγικό δημιουργεί διαλυτά σύμπλοκα-τρυγικού τιτανίου: Ti4+ + 3C4H4O62-→ [Ti(C4H4O6)3]4- Σε αντίθεση με το χλωρίδιο ή το φθόριο, που προκαλούν διάτρηση. Αυτή η συμπλοκοποίηση εξαλείφει τα ιόντα Ti 4+ από την επιφάνεια καθώς δημιουργούνται και επίσης αποτρέπει τη δημιουργία ενός σταθερού παθητικού στρώματος. Χωρίς την προστατευτική επίστρωση, το τιτάνιο διαβρώνεται ομοιόμορφα στα 0,15-0,25 mm/έτος χωρίς τοπικές οπές. Μετά την αρχική μεταβατική φάση ο ρυθμός διάβρωσης είναι χρονικά ανεξάρτητος.

Ο μηχανισμός της ομοιόμορφης διάβρωσης του τρυγικού άλατος

Τα τρυγικά ιόντα διαθέτουν αρκετές υδροξυλικές και καρβοξυλικές ομάδες που σχηματίζουν σταθερούς πεντα-χηλικούς δακτυλίους με Ti(IV). Η σταθερά σχηματισμού του συμπλόκου τρυγικού Ti- είναι εξαιρετικά υψηλή (log K=20). Αυτό διασφαλίζει ότι τυχόν Ti 4+ που απελευθερώνεται από τη μεταλλική επιφάνεια συμπλέκεται και απομακρύνεται αμέσως σε διάλυση. Μόνο σε πολύ υψηλές τοπικές συγκεντρώσεις Ti4+ υπερβαίνει το προϊόν διαλυτότητας του TiO2 και έτσι το παθητικό φιλμ δεν μπορεί να σχηματιστεί. Η διάβρωση προχωρά με άμεση διάλυση του μετάλλου: Ti → Ti4+ + 4e- και γρήγορη συμπλοκοποίηση. Η διαδικασία είναι συνεπής, δεδομένου ότι δεν υπάρχει παθητικό φιλμ που να αναλύεται τοπικά.

Ποσοτικός ρυθμός διάβρωσης έναντι συγκέντρωσης τρυγικού άλατος

Τα ακόλουθα έχουν καθοριστεί για το τιτάνιο Βαθμού 2 υπό ελεγχόμενη δοκιμή για 500 ώρες σε βραστά διαλύματα τρυγικού νατρίου (103 βαθμοί ). Ρυθμός διάβρωσης 0,005-0,010 mm ετησίως Μηχανισμός φωτεινής επιφάνειας Παθητικό 0% τρυγικό (καθαρό νερό) Σε 1% τρυγικό, ο ρυθμός είναι 0,03–0,06 mm/έτος, η επιφάνεια είναι ελαφριά χαραγμένη και ο μηχανισμός είναι αναμεμειγμένος. Σε 3% τρυγικό, το ποσοστό είναι 0,08-0,15 mm/έτος, η επιφάνεια είναι ομοιόμορφα χαραγμένη και η συμπλοκοποίηση είναι η κυρίαρχη διαδικασία. Σε 5% τρυγικό, ο ρυθμός είναι 0,15-0,25 mm/έτος, η επιφάνεια είναι ομοιογενής και ματ και η διεργασία κυριαρχεί στη συμπλοκοποίηση. Το ποσοστό στο 10% τρυγικό είναι 0,2–0,35 mm ετησίως, η επιφάνεια είναι ομοιόμορφα ματ και ο μηχανισμός είναι σοβαρή συμπλοκοποίηση.

pH και Θερμοκρασία Εξάρτηση Ρυθμού Συμπλοκοποίησης

Ο ρυθμός συμπλοκοποίησης και ο ρυθμός διάβρωσης εξαρτώνται από το pH και τη θερμοκρασία. Σε 60 βαθμούς, pH 7 με 5% τρυγικό, ο ρυθμός διάβρωσης είναι 0,04-0,08 mm/έτος. Ο ρυθμός είναι 0,08-0,15 mm/έτος σε 80 μοίρες και pH 7. Σε 100 μοίρες , pH 7, ο ρυθμός είναι 0,15–0,25 mm/έτος. 0.10-0.18 mm/έτος σε 100 μοίρες και pH 9 (το υψηλότερο pH μειώνει τη διάβρωση) Σε 100 μοίρες, 0,25 mm/έτος και pH 9. (Το χαμηλό pH επιταχύνει τη διάβρωση). Η ενέργεια ενεργοποίησης είναι ~50kJ/mol.

Θερμοσίφωνες Titanium - Ένας οδηγός για τη συγκέντρωση τρυγικού άλατος και τον έλεγχο του pH

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει συστάσεις για θερμαντήρες τιτανίου Βαθμού 2 και Βαθμού 7 που λειτουργούν σε διαλύματα τρυγικού νατρίου.

Συγκέντρωση τρυγικού νατρίου (%) Θερμοκρασία ( βαθμός ) Ταχύτητα διάβρωσης (mm/έτος) pH Βαθμός 2 Βαθμός 7 Ταχύτητα διάβρωσης (mm/έτος)<1 100 7 0.03–0.06 0.02–0.04 Acceptable Recommendation 1–3 80 7 0.05–0.10 0.03–0.06 Acceptable 1–3 3–5 80 7 0.08–0.15 0.05–0.10 Use Grade 7 Recommendation 3–5 100 7 0.15–0.25 0.10–0.18 Use Grade 7 plus thick wall Recommendation
5–10 100 9 0.10–0.18 0.06–0.12 Increase pH >10 Any Any >0.20 >0.12 Δεν συνιστάται Έλεγχος συγκέντρωσης τρυγικού άλατος

Ο ρυθμός συμπλοκοποίησης εξαρτάται από την ποιότητα του τιτανίου. Οι ρυθμοί διάβρωσης του βαθμού 7 (σταθεροποιημένο παλλάδιο) είναι 30-50% χαμηλότεροι από εκείνους του βαθμού 2 στα διαλύματα τρυγικού, καθώς το παλλάδιο βοηθά στη διατήρηση ενός λεπτού παθητικού φιλμ ακόμη και υπό την παρουσία συνθηκών συμπλοκοποίησης. Ο βαθμός 12 είναι ένα ενδιάμεσο επίπεδο βελτίωσης. Το πάχος του τοιχώματος δίνει ένα επίδομα διάβρωσης. ένας τοίχος 2,0 mm θα διαρκέσει 13 χρόνια με ομοιόμορφη διάβρωση 0,15 mm ετησίως. Το γυαλιστικό επιφάνειας έχει μικρή επίδραση στην ομοιόμορφη διάβρωση. Ο ρυθμός διάβρωσης μειώνεται κατά 30–40% με την προσθήκη υδροξειδίου του νατρίου για αύξηση του pH στο 9. Όταν η θερμοκρασία μειωθεί από 100 βαθμούς σε 80 βαθμούς, ο ρυθμός μειώνεται κατά 50%.

Παροχή ενημερωμένης προδιαγραφής

Για θερμαντήρα θήκης τιτανίου σε 5% τρυγικό νάτριο στους 103 βαθμούς. Η ομοιόμορφη διάβρωση είναι η κύρια διαδικασία. Χρησιμοποιήστε τιτάνιο κατηγορίας 7 για να ελαχιστοποιήσετε το ποσοστό διάβρωσης στα 0,10 έως 0,18 mm/έτος. Χρησιμοποιήστε πάχος τοιχώματος 2,0 mm για διάρκεια ζωής 10 έως 15 ετών. Εάν είναι δυνατόν, είτε ρυθμίστε το pH στο 9 χρησιμοποιώντας υδροξείδιο του νατρίου ή χαμηλώστε τη θερμοκρασία στους 80 βαθμούς. Κατά τη λειτουργία, το πάχος του τοιχώματος του θερμαντήρα θα πρέπει να ελέγχεται ετησίως με μετρητές υπερήχων. όταν το πάχος του τοιχώματος φτάσει τα 0,5 mm, ο θερμαντήρας πρέπει να αντικατασταθεί. Ο μηχανικός κατανοεί ότι τα τρυγικά ιόντα συνθέτουν τα ιόντα τιτανίου και αναστέλλουν την επαναπαθητοποίηση με αποτέλεσμα την προβλέψιμη ομοιόμορφη διάβρωση. Ο μηχανικός επιλέγει τη σωστή ποιότητα και πάχος τοιχώματος του προϊόντος.