Kodėl titano šildytuvas sugenda dėl vienodo skiedimo koncentruotoje skruzdžių rūgštyje, o dėl lokalizuoto įdubimo praskiestoje (5%) skruzdžių rūgštyje?

Pavyzdžiui, titano panardinamojo šildytuvo gedimo priežastis naudojant skruzdžių rūgštį labai skiriasi priklausomai nuo rūgšties koncentracijos, o tai svarbu proceso inžinieriui renkantis šildytuvą.. 2. 2 laipsnio titanas koncentruotoje skruzdžių rūgštyje (85–99 %) tolygiai rūdija praskiedus, o nuspėjamas, išmatuotas korozijos greitis, pagrįstas korozijos sienelės storio parinkimu. 5–10 % skruzdžių rūgštyje tos pačios rūšies titano gali sugesti dėl vietinių duobių – netikėto, greito puolimo, kuris gali prasiskverbti pro sieną per kelis mėnesius, o įprastas korozijos greitis rodo gyvenimo metus. Pastebėtas neatitikimas siejamas su priešingu rūgšties koncentracijos poveikiu pasyviam plėvelės stabilumui, vandenilio išsiskyrimui ir tirpaus titano formiato komplekso susidarymui. Šio nuo koncentracijos priklausomo gedimo mechanizmo išmanymas leidžia inžinieriams pasirinkti tinkamą sienelės storį ir tikrinimo strategiją kiekvienam koncentracijos diapazonui.

Elektrocheminio gedimo mechanizmo priklausomybė nuo koncentracijos
Low water concentration in concentrated formic acid (>70%) sumažina jonų laidumą ir taip sulėtina elektrocheminės korozijos greitį. Pagrindinis korozijos mechanizmas yra cheminis TiO2 pasyviosios dangos suskaidymas skruzdžių rūgštimi ir po to tolygus skiedimas. Korozijos produktas, titano formiatas, yra tirpus, tačiau gamina reguliariai, nuspėjamu tempu. Pasyvioji plėvelė lokaliai nesunaikinama ir išlieka nepakitusi per visą paviršių.

In dilute formic acid (5-10%) there is enough water to facilitate electrochemical corrosion. The cathodic reaction is hydrogen evolution (2H+ + 2e- ->H2). Atominis vandenilis absorbuojamas į titano gardelę ir susidaro trapus titano hidridas (TiHx) ties grūdelių ribomis ir inkliuzais. Tūrį išplečia vietinis pasyviosios plėvelės įtrūkimas dėl hidrido susidarymo. Atidengtas titanas sulaužytose vietose greitai ištirpsta skruzdžių rūgštyje. Tai yra ribotas puolimas atskirose vietose, o ne vienodas retinimas, kuris yra gilus{5}}. Duobių plitimo greitis yra 10–50 kartų didesnis už vienodą korozijos greitį, įvertintą svorio netekimu.

Skruzdžių rūgšties koncentracijos korozijos greičio ir gedimo būdų matavimas
Skruzdžių rūgštis (% masės) Temperatūra (C) Dominuojantis gedimo režimas Korozijos greitis (mm/metus) Laikas iki perforacijos (siena 1,5 mm) Nuspėjamumas 99 % (ledynas) 50 % Vienodas retinimas 0.03-0.08 19-50 metaiDidelis (numatomas)
99% 100 Tolygus retinimas 0.15-0.30 5-10 m.Aukštas 85% 80 Retėjimas, vienodas 0,10–0.20 7.5–15 metų50% Aukštas 80Mišrus (vienodas + šiek tiek duobėtas) 0.20-0.40 3.8-7.5 m. Vidutinis
20 % 80 Dominuojantis įdubimas 0,30–0,60 (vid.) 2,5–5 metai (vid.) Žemas (ankstesnės atviros duobės)
10 % 80 Sunkus įdubimas 0,40–0,80 (vid.) 1,9–3,8 metų (vid.) Labai žemas (duobės per 1 metus)
5 % 80 Sunkus duobėjimas 0,50–1,00 (vid.) 1,5–3 metai (vid.) Labai mažas (duobės per 6–12 mėn.)
1% 80 Vandenilio trapumas + duobės 0.20 - 0.503–7,5 metų nenuspėjama
Parodyta, kad kritinė pereinamoji koncentracija yra apie 15-25 % skruzdžių rūgšties. Didesnėms nei 25 % vertėms dominuoja vienodas retinimas, o korozijos greitis atitinka nuspėjamą Arrhenius ryšį su temperatūra. Žemiau 15% vyrauja duobės, o vidutinis korozijos greitis prastai prognozuoja tikrąjį tarnavimo laiką, nes viena duobė gali perforuoti sieną, o aplinkui esantis metalas dažniausiai lieka nepažeistas.

Scenarijus pagrįstas skruzdžių rūgšties koncentracijos pasirinkimo vadovas
Skruzdžių rūgšties koncentracijos ir temperatūros Titano 2 laipsnio tinkamumo projektavimo strategijos patikros reikalavimas
85–99%, < 80 laipsnių Puikus Standartinė siena (1,5 mm). Vienodos normos korozijos pašalpos apskaičiavimas. Pakanka kasmetinio storio patikrinimo.
Priimtinas Padidėjusi sienelė (2,0–2,5 mm) 85–99%, 80–100 laipsnių Nuspėjamas vienodas plonėjimas. Storio tikrinimas du kartus per metus
50–70%, < 60 laipsnių Priimtina 2,0 mm siena su atsparumu korozijai. Stebėkite perėjimo duobes. Kas ketvirtį storio ir duobių tyrimas.
20-50 %, bet kokia temperatūra Ribinė 7 klasė (su Pd legiruota) arba padidinkite sieną iki 3,0 mm Reguliarus duobės patikrinimas (kas mėnesį)
5–15%, temp > 40 laipsnių Prasta Nenaudokite 2 klasės Nurodykite 7 klasės cirkonį arba tantalą. N/A 2 klasė bus greita.
< 5% ambientPoor Do not use titanum. Use PTFE lined or Hastalloy C-276 heater.Not relevant.
Inžineriniai sprendimai skiestos skruzdžių rūgšties tarnybai
Yra trys švelninimo būdai, kaip sumažinti duobių susidarymo riziką, kai negalima išvengti praskiestos skruzdžių rūgšties (5–15 %) ir turi būti naudojamas 2 laipsnio titanas. Pirmasis yra padidinti rūgšties koncentraciją, įpilant koncentruotos skruzdžių rūgšties arba išgarinant vandenį, kad koncentracija viršytų 20%, o gedimo mechanizmas taptų tolygus plonėjimu. Antrasis sušvelninimo būdas – į tirpalą įpilti oksidatoriaus (100–200 ppm Fe³⁺ arba Cu²⁺), kuris perkelia korozijos potencialą į pasyviąją sritį ir slopina vandenilio išsiskyrimą, taip sumažindamas hidrido gamybą ir duobių susidarymą. Trečias sušvelninimo būdas yra -0,8 V katodinės apsaugos potencialas, palyginti su SCE, naudojant cinko anodą, kuris neleidžia titano potencialui pasiekti vandenilio išsiskyrimo sritį.

Išvada: skruzdžių rūgštis, 5% (atskiestas) Priežastis Koncentruotas įdubimas; Vienodas retinimas
Koncentruotoje skruzdžių rūgštyje (85–99%) titano šildytuvas sugenda dėl tolygaus praskiedimo. Mažas vandens kiekis riboja elektrocheminę koroziją ir taip užtikrina išmatuojamus metalo nuostolius. Praskiestoje skruzdžių rūgštyje (5%) yra pakankamai vandens, kad susidarytų H, sugertų H atomą, susidarytų hidridas ir vietinis pasyvus plėvelės skilimas, dėl kurio susidaro greitas, nenuspėjamas duobių susidarymas. Kritinė pereinamoji koncentracija yra 15-25 % ribose. Virš 25 % vyrauja pastovus skiedimas, o 2 laipsnio titanas užtikrina pakankamą tarnavimo laiką ir pakankamai atsparus korozijai. 2 laipsnis nerekomenduojamas, kai duobių yra mažiau nei 15%. Nurodant titano šildytuvą, skirtą naudoti skruzdžių rūgštyje, teikėjui reikia tikslios rūgšties koncentracijos, kad galėtų tinkamai numatyti gedimo režimus ir apskaičiuoti korozijos pašalpą (koncentruotai rūgščiai) arba pasiūlyti medžiagos atnaujinimą (atskiestos rūgšties atveju).