Kai titano apvalkalo šildytuvas naudojamas 5% natrio tartrato tirpalui virti 103 laipsnių kampu, kodėl tartrato jonų kompleksas sujungia titano jonus ir užkerta kelią repasyvacijai, todėl susidaro vienoda 0,2 mm korozija per metus?

5% natrio tartrate tartrato jonas (C₄H₄O₆²⁻) yra stiprus kompleksonas titanui esant 103 laipsnių (virimo temperatūrai). Įdubimą sukelia chloridas ir fluoras, tačiau tartratas sukelia tirpių titano tartrato kompleksų susidarymą: Ti⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]⁴⁻. Kompleksas pašalina Ti 4+ jonus nuo paviršiaus, kai jie susidaro, ir slopina stabilios pasyvios plėvelės susidarymą. Be apsauginės dangos titanas tolygiai irsis pastoviu 0,15–0,25 mm greičiu per metus, be vietinių duobių. Korozijos greitis nėra laiko funkcija po pradinės pereinamosios fazės.

Tartrato{0}}sukeltos vienodos korozijos mechanizmas

Tartrato jonas turi keletą hidroksilo ir karboksilo grupių, galinčių sudaryti stabilius penkių narių chelatinius žiedus su Ti 4+ . log K~20). Ti- tartrato komplekso susidarymo konstanta yra išskirtinai didelė. Tai reiškia, kad bet koks Ti⁴⁺, išsiskiriantis iš metalo paviršiaus, yra kompleksuojamas ir greitai patenka į tirpalą. Pasyvi plėvelė negali augti, nes TiO2 tirpumo produktas viršijamas tik esant labai didelėms vietinėms Ti4+. koncentracijoms. Korozijos procesas pagrįstas tiesioginiu metalo tirpimu: Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻, po kurio seka greitas kompleksavimas. Kadangi nėra pasyvios plėvelės, kuri galėtų suskaidyti vietoje, procesas yra vienodas.

Kiekybinis korozijos greitis ir tartrato koncentracija

Kontroliuojami bandymai verdančiame natrio tartrato tirpaluose (103 laipsnių) 500 val. 2 laipsnio titanui nustatė šiuos rezultatus. Esant 0 % tartrato (gryno vandens) korozijos greitis yra 0,005–0,010 mm/metus, paviršius šviesus, mechanizmas pasyvus. Esant 1% tartrato norma yra 0,03–0,06 mm per metus, paviršiuje matomas lengvas ėsdinimas ir mechanizmas sumaišytas. Esant 3% tartrato norma yra 0,08–0,15 mm per metus, paviršiuje matomas vienodas ėsdinimas ir vyrauja kompleksų susidarymas. Naudojant 5 % tartrato, greitis yra 0,15–0,25 mm per metus, paviršius yra tolygiai matinis, o procesas dominuoja . 0.20-0.35 mm/metus, kai tartratas yra 10 %, paviršius tolygiai matinis, mechanizmas stipriai susiformuoja.

PH ir temperatūros poveikis kompleksiškumo greičiui

Komplekso susidarymo greitis ir korozijos greitis priklauso nuo pH ir temperatūros. Korozijos greitis esant 60 C, pH 7 ir 5% tartrato yra 0,04-0,08 mm/m. Greitis esant 80 laipsnių ir pH 7 yra 0,08–0,15 mm per metus. Greitis yra nuo 0,15 iki 0,25 mm per metus esant 100 laipsnių ir pH 7. Greitis yra 0,10-0,18 mm per metus, esant 100 laipsnių ir pH 9 (aukštesnis pH sumažina koroziją). Greitis esant 100 laipsnių, pH 5, 0,20–0,35 mm/metus (mažesnis pH padidina korozijos greitį). Aktyvinimo energija yra apie 50 kJ/mol.

Tartrato koncentracijos ir pH kontrolė titano šildytuvuose

Šioje lentelėje pateiktos rekomenduojamos 2 ir 7 klasės titano šildytuvų natrio tartrato tirpaluose veikimo sąlygos.

Natrio tartrato koncentracija (%) Temperatūra ( laipsnis ) pH 2 laipsnio korozijos greitis (mm/metus) korozijos greitis (mm/metus) 7 laipsnis rekomendacija<1 100 7 0.03–0.06 0.02–0.04 Acceptable 1–3 80 7 0.05–0.10 0.03–0.06 Acceptable 3–5 80 7 0.08–0.15 0.05–0.10 Use Grade 7 3–5 100 7 0.15–0.25 0.10–0.18 Use Grade 7 + thick wall
5-10 100 9 0.10-0.18 0.06-0.12 pH increase >10 Any Any >0.20 >0,12 Nerekomenduojama Inžinerija be tartrato koncentracijos kontrolės

Titano klasė turi įtakos kompleksų susidarymo greičiui. 7 laipsnio (stabilizuotas paladžiu) korozijos greitis yra 30-50 % mažesnis nei 2 laipsnio tartrato tirpaluose, nes paladis stabilizuoja ploną pasyvią dangą net ir kompleksuojant. 12 klasė rodo vidutinį pagerėjimą. Sienelės storis suteikia korozijai . 2 . 0 mm sieną, o 0 . 15 mm/metus vienoda korozija išlieka 13 metų. Paviršiaus apdaila turi mažai įtakos vienodai korozijai. Natrio hidroksidu padidinus pH iki 9, korozijos greitis sumažėja 30–40 %. Jei temperatūra sumažinama nuo 100 laipsnių iki 80 laipsnių, tada greitis sumažinamas per pusę.

Informuotos specifikacijos kūrimas

Titano apvalkalo šildytuvo atveju vyraujantis mechanizmas turėtų būti laikoma vienoda korozija 5% natrio tartrate 103 laipsnių temperatūroje. Naudokite 7 klasės titaną, kad sumažintumėte korozijos greitį iki 0,10–0,18 mm per metus. Kad tarnavimo laikas būtų nuo 10 iki 15 metų, naudokite 2,0 mm storio sienelę. Padidinkite pH iki 9 (jei įmanoma) natrio hidroksidu arba sumažinkite temperatūrą iki 80C. Eksploatacijos metu šildytuvo storis ultragarsu stebimas kartą per metus ir šildytuvas keičiamas, kai sienelės storis pasiekia 0,5 mm. Inžinierius žino, kad tartrato jonai apsunkina titano jonus ir slopina repasyvaciją, todėl pasirenka tinkamą rūšį ir sienelės storį, kad būtų užtikrinta prognozuojama vienoda korozija.