Kodėl titano elektrinis panardinamasis šildytuvas, skirtas 10% natrio dichromato tirpalui 70 laipsnių temperatūroje, kodėl šešiavalentis chromo jonas nepasyvuoja titano paviršiaus, nors yra stiprus oksidatorius?

Natrio dichromatas (Na2Cr2O7) yra stipriai oksiduojantis tirpalas, 10% 70 laipsnių temperatūroje. Šešiavalentis chromas (Cr⁶⁺) yra stiprus oksidatorius, kurio standartinis redukcijos potencialas yra +1.33 V Cr2O₇²⁻/Cr³⁺. Chromato jonai naudojami kelių metalų, pvz., nerūdijančio plieno, pasyvavimui. Tačiau šešiavalentis chromas ant titano nesudaro stabilios pasyvios plėvelės. Chromo jonai nėra įtraukti į titano dioksido gardelę. Didelis oksidacijos potencialas iš tikrųjų nukreipia titaną į transpasyviąją sritį, todėl pasyvioji plėvelė nuolat tirpsta. Titano korozijos greitis 10 % natrio dichromate 70 laipsnių temperatūroje yra 0,05-0,15 mm per metus, o tai yra didesnis nei daugelyje neutralaus chlorido tirpalų. Titano veikimo mechanizmas šešiavalenčio chromo tirpaluose Stabili TiO2 plėvelė pasyvina titaną. Dichromato tirpaluose redukcijos procesas Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O vyksta titano paviršiuje. Dėl didelio šios reakcijos mainų srovės tankio, mišrus titano potencialas perkeliamas į didesnes nei +1.0 V vertes, palyginti su įprastu vandenilio elektrodu. Su tokiais kilniais potencialais titanas pasiekia transpasyviąją sritį, kurioje TiO 2 sluoksnis toliau oksiduojasi iki tirpių Ti 4+ rūšių. Pasyvioji plėvelė nėra stabili ir nuolat tirpsta. Chromato jonai nesudaro netirpių junginių su titanu, kuris gali būti barjerinis sluoksnis, kaip tai daroma ant geležies ir chromo, kur chromatas gamina apsauginius špinelio oksidus. Kiekybinis korozijos greitis ir paviršiaus apibūdinimas 2 laipsnio titano korozijos savybės buvo patikrintos kontroliuojamu bandymu 1000 valandų 70 laipsnių temperatūroje 10% Na₂Cr₂O₇, nes: korozijos greitis yra 0,05–0,15 mm per metus, ty {{40} gėlo vandens temperatūra yra tokia pati. Dėl nusėdusio chromo oksido arba hidroksido paviršius yra gelsvai -rudos spalvos. Rentgeno fotoelektroninės spektroskopijos tyrimas rodo, kad paviršiaus danga yra akytas, neapsauginis TiO₂ ir Cr(OH)₃ derinys. Atvirosios grandinės potencialas stabilizuojasi transpasyviojoje srityje ties +0.6 iki +0.9 V, palyginti su Ag/AgCl . Įdubimų nematyti, tačiau pastebimas vienodas retinimas. Priešingai, 2 laipsnio titano korozijos greitis 3 % NaCl esant 70 laipsnių temperatūrai yra 0,01–0,03 mm per metus, o pasyvus potencialas yra nuo +0.1 iki +0.3 V. Koncentracijos ir temperatūros poveikis korozijos sunkumui Korozijos greitis didėja didėjant dichromato koncentracijai ir temperatūrai. Korozijos greitis esant 5% Na2Cr2O7 ir 70 laipsnių yra 0,03-0,08 mm per metus. Esant 10% ir 70 laipsnių, norma yra 0,05-0,15 mm per metus. Esant 15% ir 70 laipsnių, greitis padidėja iki 0,08-0,20 mm per metus. Esant 10% ir 50 laipsnių, greitis sumažėja iki 0,02–0,05 mm per metus. Esant 10% ir 90 laipsnių, greitis padidėja iki 0,10-0,25 mm per metus. Norma yra 0,15–0,35 mm per metus esant 20% ir 90 laipsnių. Korozija yra vienalytė be duobių, nes transpasyvus tirpimas paviršiuje yra vienodas. Proceso aktyvinimo energija yra apie 40 kJ/mol, o tai rodo mišrią kinetinę ir difuzijos kontrolę. Įvairių klasių titano korozinis elgesys dichromato tirpaluose Žemiau esančioje lentelėje parodytas kelių rūšių titano korozijos greitis 10 % natrio dichromate 70 laipsnių temperatūroje 1000 valandų ir jų pasyviųjų plėvelių savybės. Titano laipsnio korozijos greitis (mm/metus) Paviršiaus plėvelės sudėties atvirosios grandinės potencialas (V prieš Ag/AgCl) Pastebėtas 2 laipsnio duobėjimas (komerciniu požiūriu grynas) 0,05–0,15 TiO2 + Cr(OH)3 (akytas)+0.6 iki 7 laipsnio} (Ti-0,15Pd) 0,04–0,12 TiO2 + Cr(OH)3 + Pd +0.7 iki +1.0 Be 12 laipsnio (Ti-0,3Mo-0,8Ni) 0,06–0,18 TiO2 + Mo{}Cr{. iki +0.8 Nėra 5 laipsnio (Ti-6Al-4V) 0,08–0,22 Mišrūs oksidai +0.5 iki +0.8 Nėra dichromato priežiūros mažinimo ir medžiagų parinkimo vadovo Šioje lentelėje rekomenduojama pasirinkti titano šildytuvus ir naudojimo ribas, kai reikia kaitinti dichromato tirpalus. Dichromato koncentracija (%) Temperatūra ( laipsnis ) Rekomenduojamas titano klasės Numatomas korozijos greitis (mm/metus) Numatomas tarnavimo laikas (1,5 mm sienelė)<5 <50 Grade 2 <0.03 >10 years 50–70 5–10 0.05–0.12 3–5 years Grade 7 10–15 70 Grade 7 0.08–0.20 2–3 years >15 >70 Not recommended >0.20 <2 years Engineering Grade Selection Beyond Wall thickness provides a corrosion allowance . A 2.0 mm wall corrodes at a rate of 0.10 mm per year for 20 years . The tube surface finish has little effect on transpassive dissolution. The inclusion of chlorides in the dichromate solution, which may be due to the presence of dirty water, raises the corrosion rate by 2-3 times. The addition of sulphate ions has a small inhibitory effect. Deaeration of the solution for oxygen removal slows the cathodic process and reduces the corrosion rate by 30-50%. Choosing Wisely. For a titanium electric immersion heater in 10 % sodium dichromate at 70 °C, expect a corrosion rate of 0.05 to 0.15 mm per year for Grade 2 or 0.04 to 0.12 mm per year for Grade 7. Use a minimum wall thickness of 2.0 mm for a service life of 10 to 20 years. Dichromate solution can be diluted, or the working temperature lowered for higher concentrations or temperatures. During operation, check the heater for variations in electrical resistance that may indicate thinning. If the solution is polluted with chlorides, lower the temperature to 50 °C. The engineer, knowing that hexavalent chromium does not passivate titanium but transpassively dissolves it, chooses the proper wall thickness and grade for predictable service life in sodium dichromate solutions.