Za grijač za uranjanje titanijuma u 5% rastvor natrijum persulfata na 50 stepeni, zašto persulfatni jon ne pasivira titanijum uprkos tome što je jak oksidator, a umesto toga izaziva transpasivno otapanje?

Natrijum persulfat (Na₂S₂O₈) je jako oksidaciono sredstvo, sa standardnim potencijalom redukcije za S₂O₈²⁻/SO₄²⁻ od 2,01 V, što je više od onog u dušične kiseline. U slučaju titanijuma, persulfat indukuje transpasivno otapanje, a ne trajnu pasivaciju. Na 50 stepeni C, jak oksidacioni potencijal pomera površinu titana u transpasivno područje iznad 1,8 V u odnosu na konvencionalnu vodoničnu elektrodu, gde se pasivni sloj razbija i titanijum se otapa kao Ti 4 + brzinom od 0,2-0,5 mm godišnje. Transpasivno otapanje je ujednačeno, bez udubljenja. Ali stopa korozije je previsoka za većinu primjena.

Mehanizam transpasivnog rastvaranja izazvanog persulfatom

Titanijum ima stabilno pasivno područje između približno 0 V i 1,8 V. Pri potencijalima iznad 1,8 V film TiO2 se oksidira u rastvorljive Ti 4 + vrste: TiO2 + 2H2O → Ti 4 + + 4OH - + 2e - . Kombinovani potencijal titanijuma u persulfatu.0V-7 je veoma jak. U ovom opsegu transpasivna struja rastvaranja je velika. Korozija je ujednačena jer je cijela površina u transpasivnom području. Ne dolazi do lokalizirane rupture, ali postoji stalno otapanje filma.

Koncentracije persulfata Kvantitativna stopa korozije kao funkcija

U slučaju titanijuma stepena 2, kontrolisanim ispitivanjem u natrijum persulfatu na 50 stepeni tokom 500 sati utvrđeno je sledeće. Pri 0% persulfata (osnovna) stopa korozije je 0,005–0,010 mm/god., površinski potencijal je 0,2–0,5 V, a mehanizam je pasivni. 1% persulfata 0,05-0,12 mm/god 1,2-1,5 V Miješano 3% persulfata/god. 1,5-1,7 V Mehanizam Transpasivno pokretanje Kod 5% persulfata, brzina je 0,20-0,40 mm/god, potencijal je 1,7-1,9 V, a mehanizam je transpasivan. Brzina je 0,35–0,60 mm/god pri 10% persulfata, potencijal je 1,8–2,0 V i mehanizam je izrazito transpasivan.

Utjecaj temperature na transpasivni prijelaz

Na višim temperaturama transpasivna oblast se pomera na niže potencijale. Brzina korozije je transpasivna i iznosi 0,10-0,20 mm/god na 25 stepeni i 5% persulfata. Naraste 0,15–0,30 mm godišnje na 40 stepeni. Stopa je 0,20-0,40 mm/godišnje na 50 stepeni. Stopa je 0,30–0,60 mm godišnje na 60 stepeni. Stopa je više od 0,50 mm/god iznad 70 stepeni. Što je temperatura viša, to je teže transpasivno otapanje.
**Vodič za odabir materijala u persulfatnom servisu

U sljedećoj tabeli date su preporuke za zagrijavanje otopina natrijum persulfata prema koncentraciji i temperaturi.

Koncentracija persulfata (%) Temperatura (stepen) Stepen 2 Stopa korozije (mm/godina) Stopa korozije (mm/godina) Stepen 7 Preporučeni materijal<1 50 0.05–0.10 0.03–0.06 Grade 7 with thick wall 1–3 40 0.08–0.15 0.05–0.10 PTFE-coated titanium 1–3 50 0.12–0.25Not recommended for titanium 3–5 30 0.10–0.20 0.06–0.12 Tantalum or PTFE >5 Any >0.20 >0,12 Tantal ili PTFE
Titanium and Beyond Engineering Choices

Transpasivne stope rastvaranja stepena 7 su nešto niže od stepena 2 (smanjenje od 30-50%) zbog obogaćivanja paladijumom, međutim poboljšanje nije dovoljno da bi titanijum bio prikladan za persulfatnu upotrebu. Debljina zida je data kao dodatak na koroziju. Uz zid od 2,0 mm i koroziju od 0,20 mm godišnje, zid će izdržati 10 godina, ali to je zanemarljivo. PTFE obloženi titanijumski grijači pružaju veliku otpornost i drže metal izoliran od otopine persulfata. Tantal ima mnogo veći pasivni domet i otporan je na persulfate. Cirkonijum takođe radi dobro, ali je skup.

Pouzdanost specifikacije

Predviđena stopa korozije za titanijumski imerzioni grejač u 5% natrijum persulfatu na 50 stepeni je 0,20–0,40 mm godišnje, što je previsoko za dugotrajnu upotrebu. Koristite titanijumski grejač obložen PTFE ili tantalski grejač. 0.5 mm PTFE Debljina zida treba da bude 2,5 mm, ako je potreban titanijum, koncentraciju persulfata treba održavati na 2%, a temperaturu na 40 stepeni. Provjerite debljinu grijača jednom godišnje u radu. Kada je debljina zida 1,0 mm, promijenite grijač. Znajući da je persulfat transpasivni otapač, a ne pasivator, inženjer bira odgovarajuće materijale za ovo teško oksidirajuće okruženje.