In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11, silikatas sudaro ištisinę, ne-akytas, 0,5–2 µm storio apsauginę plėvelę. Esant 9 pH, plėvelė yra porėta, įtrūkusi ir neapsauganti, todėl chloridas ar kitos agresyvios medžiagos gali prasiskverbti ir atsirasti duobių. Skirtumas atsiranda dėl silikato jonų polimerizacijos būsenos. Esant aukštam pH, silikatas egzistuoja kaip monomeriniai SiO₄⁴⁻ jonai, kurie sudaro tankią stiklinę plėvelę. Esant žemesniam pH, silikatas polimerizuojasi į koloidines grandines, kurios sukuria porėtą, įtrūkusią struktūrą.

Nuo pH{0}}priklausomo silikato plėvelės susidarymo mechanizmas

The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), pusiausvyra palanki monomeriniams jonams, kurie nusėda kaip tanki amorfinė silicio dioksido plėvelė. Esant pH 9–10, jonai polimerizuojasi į grandinines struktūras, kurios sukuria porėtą tinklą. Plėvelėje taip pat yra natrio jonų, kurie sudaro natrio silikatinį stiklą. Apsauginę kokybę lemia plėvelės tankis ir mikro{7}}įtrūkimų nebuvimas.

Kiekybinė plėvelės kokybė kaip pH funkcija

Kontroliuojamas bandymas 10% Na2SiO3 80 laipsnių temperatūroje per 500 valandų nustatė 2 laipsnio titaną. Esant pH 8, plėvelės storis 0,1–0,3 µm, plėvelės poringumas didelis, korozijos greitis 0,15–0,30 mm per metus, yra duobių. Esant pH 9, storis 0,2–0,5 µm, poringumas didelis, korozijos greitis – 0,08–0,20 mm per metus, kartais atsiranda duobių. Esant pH 10, storis 0,5–1,0 µm, poringumas vidutinis, korozijos greitis – 0,04–0,10 mm per metus, o duobėjimas retas. Esant pH 11, storis 1,0–1,5 µm, poringumas mažas, korozijos greitis – 0,02–0,05 mm per metus, nelieka duobių. Esant pH 12, storis 1,5–2,5 µm, poringumas labai mažas, korozijos greitis – 0,01–0,03 mm per metus, nelieka duobių. Esant pH 13, storis 2,0–3,0 µm, poringumas labai mažas, korozijos greitis – 0,005–0,015 mm per metus, nelieka duobių.

Temperatūros įtaka pH reikalavimams

Mažiausias pH, reikalingas apsauginei plėvelei, didėja didėjant temperatūrai. Esant 60 laipsnių, minimalus pH yra 10,5, o rekomenduojamas pH yra 11,0. Esant 80 laipsnių kampui, minimalus yra 11,0, o rekomenduojamas – 11,5. Esant 100 laipsnių, minimalus yra 11,5, o rekomenduojamas yra 12,0. Esant 120 laipsnių, minimalus yra 12,0, o rekomenduojamas yra 12,5. Aukštesnė temperatūra skatina silikato polimerizaciją, todėl norint išlaikyti monomerinę būseną, reikalingas aukštesnis pH.

Natrio metasilikato tarnybos pH kontrolės vadovas

Šioje lentelėje pateikiamos rekomendacijos, kaip reguliuoti pH, kad būtų išlaikyta apsauginė silikato plėvelė ant 2 laipsnio titano šildytuvų 10 % natrio metasilikate 80 laipsnių temperatūroje.

Inžinerija be pH kontrolės

Titano klasė turi įtakos reikiamam pH. 7 laipsnis (paladis -stabilizuotas) sudaro apsauginę silikato plėvelę, kai pH 10,5–11,0, šiek tiek žemesnis nei 2 klasė. 12 klasė pasižymi panašiu elgesiu kaip 2 klasė. Sienelės storis apsaugo nuo korozijos, jei plėvelė nėra visiškai apsaugota. Silikato koncentracija turi įtakos plėvelės susidarymui; esant 5 % Na2SiO3, reikalingas pH yra 11,5. Esant 15% Na2SiO3, reikalingas pH yra 10,5. Chloridų (iš priemaišų) buvimas padidina reikiamą pH 0,5–1,0 vienetų. Tirpalas turi būti stebimas naudojant pH matuoklį, sukalibruotą aukšto{16}}pH tirpalams.

Informuotos specifikacijos sudarymas

Titano panardinamojo šildytuvo 10% natrio metasilikate 80 laipsnių temperatūroje palaikykite pH virš 11,0 pridėdami natrio hidroksido. Įdiekite pH reguliatorių su 10,8 aliarmu ir 10,5 blokavimu. Esamose sistemose, kurių pH yra mažesnis nei 11, pridėkite NaOH, kad pH pakiltų iki 11,5. Jei pH negalima padidinti, naudokite 7 klasės titaną arba sumažinkite temperatūrą iki 60 laipsnių. Eksploatacijos metu patikrinkite, ar šildytuvo paviršiuje nėra duobių; jei pastebimas duobėjimas, nedelsdami padidinkite pH. Kontroliuodamas pH virš 11, inžinierius užtikrina apsauginės, ne{13}}akytos silikato plėvelės susidarymą ant titano.