Natrio dodecilsulfatas (SDS) yra anijoninė aktyvioji paviršiaus medžiaga, naudojama valymo ir pramoniniuose procesuose. 70 laipsnių temperatūroje jo kritinė micelių koncentracija (CMC) yra maždaug 0,05–0,1 masės % (500–1 000 ppm). Žemiau CMC paviršiaus aktyviųjų medžiagų molekulės egzistuoja kaip monomerai ir adsorbuojasi ant titano paviršiaus, pakeisdamos drėkinimo elgesį ir skatindamos tolygų drėkinimą. Virš CMC susidaro micelės, o paviršius tampa hidrofobinis, o tai lemia drėkinimą ir vietinių elektrolitų lašelių susidarymą. Šie lašeliai sukuria diferencines aeracijos ląsteles, todėl lašelių kraštuose susidaro duobės. Korozijos modelis pasislenka nuo vienodo nedidelio ėsdinimo žemiau CMC iki stiprių lokalizuotų duobių virš CMC.

CMC{0}}priklausomo drėkinimo ir korozijos mechanizmas

Paviršinio aktyvumo medžiagos adsorbuojasi ant titano paviršiaus, o jų hidrofobinės uodegėlės yra nukreiptos nuo metalo. Esant mažoms koncentracijoms (žemiau CMC), adsorbuotas sluoksnis yra nepilnas, o paviršius išlieka hidrofilinis, todėl elektrolitas kontaktuoja tolygiai. Kai koncentracija viršija CMC, susidaro pilnas dvisluoksnis sluoksnis, todėl paviršius tampa hidrofobinis. Vandens lašeliai kaupiasi ant paviršiaus, o ne plinta. Deguonies difuzija yra greitesnė per plonus lašelių kraštus nei per centrą, todėl susidaro diferencinės aeracijos ląstelės. Lašelių centras tampa anodinis ir duobės, o kraštai yra katodiniai.

Kiekybinis korozijos modelis kaip SDS koncentracijos funkcija

Kontroliuojamas bandymas 2 % SDS esant 70 laipsnių (gerokai aukštesnei nei CMC) su įvairiais praskiedimais per 500 valandų nustatė tokį 2 laipsnio titano korozijos elgesį. Esant 0,02 % SDS koncentracijai (žemiau CMC), paviršius išlieka hidrofilinis, korozijos greitis – 0,02–0,05 mm per metus, duobių tankis – 0–5 duobutės/cm², ėsdinimas vienodas. Esant 0,05–0,08 % (esant CMC), paviršius pereina į hidrofobinį, korozijos greitis padidėja iki 0,05–0,10 mm per metus, duobių tankis siekia 5–20 duobių cm², atsiranda lašelių formos duobės. Esant 0,1–0,5 % (virš CMC), paviršius visiškai hidrofobiškas, korozijos greitis – 0,08–0,15 mm per metus, duobių tankis – 20–80 duobių/cm², duobės apskritos su pakeltais kraštais. Esant 1–2 % (tipinė naudojimo koncentracija), korozijos greitis yra 0,10–0,20 mm per metus, duobių tankis viršija 80 duobių cm² ir susidaro stiprus lašelių susidarymas. Esant 5 % SDS, korozijos greitis yra 0,15–0,30 mm per metus, o 1,2 mm sienelės perforacija įvyksta per 4000–8000 valandų.

Temperatūros ir aktyviosios paviršiaus medžiagos tipo įtaka CMC ir korozijai

CMC mažėja didėjant SDS temperatūrai. Esant 30 laipsnių CMC yra 0,08–0,12%, o korozijos greitis virš CMC yra 0,05–0,10 mm per metus. Esant 50 laipsnių CMC yra 0,06–0,10%, o rodiklis – 0,08–0,15 mm per metus. Esant 70 laipsnių CMC yra 0,05–0,08%, o rodiklis – 0,10–0,20 mm per metus. 90 laipsnių kampu CMC yra 0,04–0,07%, o rodiklis – 0,15–0,30 mm per metus. Nejoninės aktyviosios paviršiaus medžiagos (pvz., Triton X-100) nesukelia tokio pat hidrofobinio perėjimo ir nesukelia lašelių duobių susidarymo. Katijoninės aktyviosios paviršiaus medžiagos (pvz., CTAB) gali sukelti dar didesnį duobių susidarymą.

Titano šildytuvų paviršiaus aktyviųjų medžiagų koncentracijos valdymo vadovas

Šioje lentelėje pateikiamos rekomendacijos dėl SDS koncentracijos, palyginti su CMC, siekiant sumažinti 2 laipsnio titano šildytuvų įdubimus esant 70 laipsnių kampui.

Inžinerija be koncentracijos kontrolės

Titano klasė turi įtakos atsparumui įdubimams. 7 laipsnio (paladžio -stabilizuotas) atsparumas lašelių įdubimui yra 2–3 kartus didesnis, todėl galima naudoti 2–3 × CMC esant priimtinam korozijos greičiui. 12 klasė siūlo tarpinį tobulinimą. Sienelės storis suteikia galimybę įsiskverbti į duobę; 2,0 mm siena su 0,15 mm įdubimu per metus tarnauja 13 metų. Svarbi šildytuvo orientacija; vertikalūs šildytuvai išmeta lašelius efektyviau nei horizontalūs šildytuvai, todėl sumažėja duobių atsiradimo sunkumas. Pridėjus drėkinamąją medžiagą (pvz., nedidelį kiekį nejoninės aktyviosios paviršiaus medžiagos), galima atkurti hidrofilinį elgesį net esant didelėms SDS koncentracijoms.

Informuotos specifikacijos sudarymas

Titano panardinamajam šildytuvui su 2 % SDS 70 laipsnių kampu (maždaug 20–40 × CMC), nurodykite 7 klasės titaną ir sutikite, kad taškinės korozijos greitis būtų 0,08–0,15 mm per metus. 2 laipsnio atveju sumažinkite SDS koncentraciją iki mažesnės nei 0,1 % (1–2 × CMC), praskiesdami arba naudodami kitą aktyvią paviršiaus medžiagą. Esamuose šildytuvuose su lašelių duobėmis pridėkite 0,1 % nejoninės aktyviosios paviršiaus medžiagos (pvz., Triton X-100), kad konkuruotumėte su SDS adsorbcija ir atkurtumėte hidrofilinį drėkinimą. Eksploatacijos metu apžiūrėkite šildytuvą, ar nėra būdingų apskritų duobių su pakeltais kraštais; jei duobių gylis viršija 0,2 mm, pakeiskite šildytuvą. Suprasdamas, kaip CMC keičia drėkinimo elgseną, inžinierius parenka atitinkamas titano rūšis arba pakoreguoja aktyviosios paviršiaus medžiagos koncentracijas, kad būtų išvengta vietinių duobių susidarymo.