Kai titano šildytuvas turi veikti su pertraukomis verdančioje acto rūgštyje, kodėl pasyviosios plėvelės atkūrimo greitis tampa svarbiausiu patikimumo parametru?

Acto rūgštis verda 118 laipsnių C temperatūroje esant atmosferos slėgiui, neįprastai elektrocheminei aplinkai titano panardinamiesiems šildytuvams. Acto rūgštis, skirtingai nuo stipriai oksiduojančių rūgščių, kurios palaiko tvirtą pasyvią plėvelę, arba redukuojančių rūgščių, kurios sukelia nuolatinę aktyvią koroziją, yra tarpiniame režime, kai pasyvioji plėvelė yra vidutiniškai stabili. Pasikartojantys šiluminiai ir elektrocheminiai pereinamieji procesai, atsirandantys dėl periodiško šildytuvo įjungimo ir išjungimo, kai panardinamas į verdančią rūgštį, sukelia ciklinį plėvelės suskaidymą ir bandymą pakartotinai suskaidyti titano paviršių. Esant tokioms eksploatavimo sąlygoms, pasyviosios plėvelės pakartotinio pasyvavimo greitis tampa svarbesnis šildytuvo patikimumui nei pradinė plėvelės kokybė, sienelės storis ar netauriųjų metalų klasė. Lėtas repasyvavimo greitis leidžia lokaliai rūgščiai įsiskverbti į metalinį paviršių kiekvieno išjungimo ciklo metu, sukeldama bendrą žalą ir ankstyvą gedimą.

Pasyvus plėvelės suskaidymas ir repasyvavimas acto rūgštyje

Dėl šilumos srauto titano vamzdžio paviršius įjungimo ciklo metu yra 5-15 laipsnių Celsijaus aukštesnis nei virimo acto rūgšties temperatūra. Aukštesnė temperatūra padeda ištirpinti titano jonus rūgštyje. Kai šildytuvas yra išjungtas, vamzdžio paviršius atvėsta iki tūrinės virimo temperatūros (118 laipsnių). Medžiagai vėsstant, tirpale esančių titano rūšių tirpumas gali skirtis, o rūgščių chemija sąsajoje gali akimirksniu sumažėti kai kuriuose komponentuose. Dar svarbiau, kad titano paviršiaus elektrocheminis potencialas kinta, kai sustabdoma šildymo srovė. Verdančioje acto rūgštyje pasyvioji plėvelė yra termodinamiškai nestabili, kai potencialas mažesnis nei ca . +0.2 V, palyginti su SCE. Išjungimo ciklo metu įtampa gali nukristi žemiau šios ribos, todėl plėvelė gali plyšti. Netauriųjų metalų ištirpimo kiekis kiekviename cikle yra apskaičiuojamas pagal pakartotinio pasyvavimo greitį, išreikštą laiku, kurio reikia, kad pasyvioji plėvelė pasiektų 95% jos pastovaus storio ir apsauginės savybės. Elektrocheminiai 2 laipsnio titano bandymai verdančioje deaeruotoje acto rūgštyje parodė, kad pakartotinio pasyvavimo periodai svyruoja nuo 30 sekundžių (optimali paviršiaus būklė) iki daugiau nei 300 sekundžių (užterštas arba termiškai nusidėvėjęs paviršius).

Kiekybinis kumuliacinės žalos ir pakartotinio pasyvavimo laipsnio santykis

Šie 2 laipsnio titano santykiai buvo nustatyti kontroliuojamu cikliniu bandymu (15 min. įjungta, 15 min. išjungta) verdančioje ledinėje acto rūgštyje (99,8%) 118 laipsnių temperatūroje:

Repasyvavimo laikas < 60 sekundžių: metalo nuostoliai kiekviename cikle apie . 0.02 mikrometrų. Norint visiškai prasiskverbti per 1,0 mm sieną, reikia maždaug 50 000 ciklų (15 minučių dviračiu trunka apie 2,5 metų). Filmo aprėptis pasiekiama prieš prasidedant dideliam rūgštingumui.

Repasyvavimo laikas 60-120 sek. Metalo nuostoliai kiekviename cikle 0,05-0,10 mikrometrų. Bendras įsiskverbimo greitis padidėjo iki 10 000–20 000 ciklų (6–12 mėnesių). Lokalizuotas priepuolis pasireiškia negiliomis duobėmis, o ne tolygiu retėjimu.

Repasyvavimo laikas: 120–300 sekundžių. Metalo nuostoliai kiekviename cikle: 0,15–0,40 µm. Bendras įsiskverbimas 3000-7000 ciklų (2-4 mėn.). Duobės tampa gilios ir sandariai išdėstytos, sudarydamos grubų paviršių. Tai dar labiau sulėtina repasyvavimą teigiamo grįžtamojo ryšio kilpoje.

Repasyvavimo laikas > 300 s: aktyvi korozija išlieka didžiąją išjungimo ciklo dalį. Po 1000-2000 ciklų (2-4 savaitės) medžiagos netenkama tol, kol medžiaga nėra perforuota. Paviršius gali tapti nuolat aktyviu.

Titano repasyvacijos greitį įtakojantys veiksniai verdančioje acto rūgštyje

Repasyvavimo greitis nėra medžiagos savybė, bet priklauso nuo kelių kontroliuojamų ir nekontroliuojamų veiksnių:

Paviršiaus oksido būklė: gamykloje marinuota ir ore{0}}sendinta 72 valandas, vamzdelis pakartotinai pasyvinamas per 40–50 sekundžių. Dėl stabilios pirmtakinės plėvelės nebuvimo naujai nutrintam arba nubrėžtam paviršiui pakartotinio pasisyvavimo laikas yra 80–120 sekundžių.

Ištirpusio deguonies kiekis: Paprastai verdančioje acto rūgštyje yra mažiau nei 1 ppm ištirpusio deguonies. Oro burbuliavimas per rūgštį (nepraktiška arba nesaugu su lakiaisiais garais) sutrumpina repasyvavimo trukmę iki 20–30 sekundžių. Deguonies -be azoto padengimas pailgino repasyvavimo laikotarpį iki 150–200 s.

Užteršimas chloridu: 50 ppm chlorido acto rūgštyje padidina pakartotinio pasisyvavimo laiką 2–3 kartus, nes konkuruoja su acetato jonais dėl adsorbcijos vietų paviršiuje.

7 laipsnio titanas (nuo 0,12 % iki 0,25 % Pd) Paladžio įtraukimas sumažina pakartotinio pasisyvavimo laiką maždaug 60 %, palyginti su 2 laipsnio tomis pačiomis sąlygomis. Taip yra dėl tauriojo metalo katalizinės įtakos katodinėms redukcijos reakcijoms.

Repasyvavimo valdymo vadovas

Žemiau esančioje lentelėje pateikta sprendimų, susijusių su titano šildytuvo su pertrūkiais veikimu verdančioje acto rūgštyje, sistema, atsižvelgiant į ciklo dažnį ir rūgšties grynumą.

Pertraukiamo veikimo modelis ir acto rūgšties kokybė, rekomenduojama repasyvavimo kontrolės strategija Pagrindinis loginis pagrindas ir patikimumo modifikavimas
Acto rūgštis > 99,5 % Nėra chloridų < 10 ciklų per dieną Gamykloje pasyvintas, 2 laipsnio titanas Mažas ciklų skaičius leidžia spontaniškai pakartotinai pasisavinti tarp ciklų. Tegul pakartotinio pasyvavimo laikas yra iki 120 s. Standartinės šildytuvo specifikacijos yra tinkamos.
10–50 ciklų per dieną, acto rūgštis 95–99%, galimi chloridų pėdsakai. 7 laipsnio titano (turinčio Pd{5}}) Paladžio pridėjimas sumažina pakartotinio pasisyvavimo laiką iki 30–50 sekundžių . 3 iki 5 kartų ilgesnio ciklo, kompensuojančių didesnes pradines išlaidas.
50–200 ciklų per dieną (dažnas partijų veikimas), kintamo rūgšties grynumo 7 laipsnio titanas ir anodinė poliarizacija (išorinis nuolatinės srovės maitinimas, +0.3 V ir Ag/AgCl) Išorinė įtampa užtikrina greitą repasyvavimą (10–20 sekundžių), neatsižvelgiant į rūgšties chemiją. Papildomas įrangos mokestis. Tinka svarbiems, nuolatiniams procesams.
Dabartinis 2 laipsnio šildytuvas, gerai-žinomos pakartotinio pasyvavimo problemos Pridėkite talpinio iškrovimo bloką prie šildytuvo gnybtų. Mažas išorinis kondensatorius (10 000 uF) išsaugo paviršiaus potencialą išjungimo ciklų metu. Nebrangus remontas. Sutrumpina pakartotinio pasyvavimo laiką nuo 30 iki 50 procentų.
Inžinerija, viršijanti pasyvavimo koeficientą

Repasyvavimo greitis nepakeičia kitų projektavimo veiksnių, bet juos perdengia. Sienelės storis yra visa medžiaga, skirta sukauptai žalai per ciklus. Vamzdis su lėtu repasyvavimu (200 sek.), bet labai stora sienele (2,5 mm), vis dėlto gali tarnauti pakankamai ilgai (2-3 metai), jei pritaikymas leidžia naudoti didesnį skersmenį ir didesnes medžiagų sąnaudas. Kita vertus, vamzdis su greitu repasyvavimu (50 sekundžių), bet plona sienele (0,7 mm) gali per anksti sugesti dėl rezervinio storio trūkumo. Repasyvavimo elgsenai taip pat turi įtakos šildytuvo galios tankis įjungimo ciklo metu: esant didesniam galios tankiui (daugiau nei 30 W/cm^2), paviršiaus mikrotopografija darbo metu yra šiurkštesnė, o tai padidina efektyvų paviršiaus plotą ir sulėtina repasyvavimą 20-30%, palyginti su vidutiniu galios tankiu (15-20 W/cm^2).

Pagrįstos specifikacijos formulavimas

Jei nurodote titano šildytuvą su pertrūkiais darbui verdančioje acto rūgštyje, tiekėjo paprašykite elektrocheminio repasyvavimo duomenų sintetinėje acto rūgštyje nurodytoje darbo temperatūroje. Nurodykite 7 laipsnio titaną bet kokiai programai, kuri matys daugiau nei 20 ciklų per dieną arba kurioje yra išmatuojamų chloridų. Esami įrenginiai, kuriuose naudojami 2 laipsnio šildytuvai, turėtų vadovautis toliau pateikta paviršiaus paruošimo metodika. Nepertraukiamai paleiskite šildytuvą 48 valandas 80 laipsnių temperatūroje šviežioje acto rūgštyje, kad susidarytų stabili pasyvi plėvelė prieš ciklinį veikimą. Išjungimo-ciklų metu stebėkite šildytuvo{10}atviros grandinės įtampą etaloniniu elektrodu; potencialas, mažesnis nei +0.1 V, palyginti su SCE, rodo pavojingai lėtą repasyvavimą ir būtinybę įsikišti. Inžinierius, naudodamas pakartotinio pasisyvavimo greitį kaip projektavimo ir veikimo strategiją, nenuspėjamą ciklinį titano elgesį verdančioje acto rūgštyje paverčia nuspėjamu, kontroliuojamu skilimo procesu.