Kai titano apvalkalo šildytuvas naudojamas 5% natrio tartrato tirpalui virti 103 laipsnių temperatūroje, kodėl tartrato jonų kompleksas sujungia titano jonus ir apsaugo nuo repasyvacijos, todėl susidaro vienoda korozija 0,2 mm per metus?
Palik žinutę
5% natrio tartrate esant 103 laipsnių (virimo temperatūrai) tartrato jonas (C₄H₄O₆²⁻) yra stiprus titano kompleksonas. Skirtingai nuo chlorido ar fluorido, kurie sukelia duobių susidarymą, tartratas sudaro tirpius titano-tartrato kompleksus: Ti⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]⁴⁻. Šis kompleksas pašalina Ti⁴⁺ jonus nuo paviršiaus, kai jie susidaro, ir neleidžia susidaryti stabiliai pasyviai plėvelei. Be apsauginės plėvelės, titanas tolygiai rūdija 0,15–0,25 mm per metus, be vietinių duobių. Korozijos greitis nepriklauso nuo laiko po pradinio pereinamojo laikotarpio.
Tartrato{0}}sukeltos vienodos korozijos mechanizmas
Tartrato jonai turi daug hidroksilo ir karboksilo grupių, kurios sudaro stabilius penkių -narių chelatinius žiedus su Ti⁴⁺. Ti-tartrato komplekso susidarymo konstanta yra labai didelė (log K ≈ 20). Tai reiškia, kad bet koks Ti⁴⁺, išsiskiriantis iš metalo paviršiaus, nedelsiant sukompleksuojamas ir pašalinamas į tirpalą. Pasyvioji plėvelė negali susidaryti, nes TiO₂ tirpumo produktas viršijamas tik esant labai didelėms vietinėms Ti⁴⁺ koncentracijoms. Korozija vyksta tiesiogiai tirpstant metalui: Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻, po kurio greitai susidaro kompleksas. Procesas yra vienodas, nes nėra pasyvios plėvelės, kuri galėtų suskaidyti vietoje.
Kiekybinis korozijos greitis kaip tartrato koncentracijos funkcija
Kontroliuojamas bandymas verdančiais natrio tartrato tirpalais (103 laipsnių) per 500 valandų nustatė 2 laipsnio titano rezultatus. Esant 0 % tartrato (gryno vandens), korozijos greitis 0,005–0,010 mm per metus, paviršius šviesus, mechanizmas pasyvus. Esant 1% tartrato norma 0,03–0,06 mm per metus, paviršiuje matomas lengvas ėsdinimas, mechanizmas sumaišytas. Esant 3% tartrato norma yra 0,08–0,15 mm per metus, paviršius turi vienodą ėsdinimą, dominuoja kompleksiškumas. Esant 5 % tartrato, rodiklis yra 0,15–0,25 mm per metus, paviršius turi vienodą matinį paviršių, o mechanizmas dominuoja. Esant 10% tartrato, norma yra 0,20–0,35 mm per metus, paviršius yra tolygiai matinis, o mechanizmas yra sudėtingas.
PH ir temperatūros įtaka kompleksiškumo greičiui
Komplekso susidarymo greitis ir korozijos greitis priklauso nuo pH ir temperatūros. Esant 60 laipsnių ir pH 7 su 5% tartratu, korozijos greitis yra 0,04–0,08 mm per metus. Esant 80 laipsnių ir pH 7, norma yra 0,08–0,15 mm per metus. Esant 100 laipsnių ir pH 7, norma yra 0,15–0,25 mm per metus. Esant 100 laipsnių ir pH 9, greitis yra 0,10–0,18 mm per metus (aukštesnis pH sulėtina koroziją). Esant 100 laipsnių ir pH 5, greitis yra 0,20–0,35 mm per metus (mažesnis pH pagreitina koroziją). Aktyvinimo energija yra maždaug 50 kJ/mol.
Tartrato koncentracijos ir pH kontrolės vadovas titano šildytuvams
Šioje lentelėje pateiktos rekomendacijos dėl 2 ir 7 klasės titano šildytuvų natrio tartrato tirpaluose veikimo sąlygų.
| Natrio tartrato koncentracija (%) | Temperatūra ( laipsnis ) | pH | 2 laipsnio korozijos greitis (mm/metus) | 7 laipsnio korozijos greitis (mm/metus) | Rekomendacija |
|---|---|---|---|---|---|
| <1 | 100 | 7 | 0.03–0.06 | 0.02–0.04 | Priimtina |
| 1–3 | 80 | 7 | 0.05–0.10 | 0.03–0.06 | Priimtina |
| 3–5 | 80 | 7 | 0.08–0.15 | 0.05–0.10 | Naudokite 7 klasę |
| 3–5 | 100 | 7 | 0.15–0.25 | 0.10–0.18 | Naudokite 7 + klasės storą sieną |
| 5–10 | 100 | 9 | 0.10–0.18 | 0.06–0.12 | Padidinti pH |
| >10 | Bet koks | Bet koks | >0.20 | >0.12 | Nerekomenduojama |
Inžinerija be tartrato koncentracijos kontrolės
Titano klasė turi įtakos kompleksavimo greičiui. 7 laipsnio (paladžio -stabilizuoto) korozijos laipsnis yra 30–50 % mažesnis nei 2 laipsnio tartrato tirpaluose, nes paladis padeda išlaikyti ploną pasyvią plėvelę net kompleksuojant. 12 klasė siūlo tarpinį tobulinimą. Sienelės storis užtikrina atsparumą korozijai; 2,0 mm siena su 0,15 mm per metus vienoda korozija trunka 13 metų. Paviršiaus apdaila neturi reikšmingos įtakos vienodai korozijai. Padidinus pH iki 9 pridedant natrio hidroksido, korozijos greitis sumažėja 30–40%. Sumažinus temperatūrą nuo 100 laipsnių iki 80 laipsnių, greitis sumažėja 50%.
Informuotos specifikacijos sudarymas
Titano apvalkalo šildytuvui 5% natrio tartrate 103 laipsnių temperatūroje dominuojančiu mechanizmu priimkite vienodą koroziją. Nurodykite 7 klasės titaną, kad sumažintumėte korozijos greitį iki 0,10–0,18 mm per metus. Naudokite 2,0 mm storio sienelę, kad tarnavimo laikas būtų 10–15 metų. Jei įmanoma, padidinkite pH iki 9, pridėdami natrio hidroksido arba sumažinkite temperatūrą iki 80 laipsnių. Eksploatacijos metu kasmet stebėkite šildytuvo storį ultragarsu; kai sienelės storis pasieks 0,5 mm, pakeiskite šildytuvą. Suprasdamas, kad tartrato jonai kompleksuoja titano jonus ir užkerta kelią pakartotiniam pasisyvavimui, inžinierius parenka atitinkamą rūšį ir sienelės storį, kad būtų galima numatyti vienodą koroziją.
