Natrijum dihromat (Na₂Cr₂O₇) u koncentraciji od 10% i 70 stepeni je jako oksidirajući rastvor. Heksavalentni hrom (Cr⁶⁺) je moćan oksidant sa standardnim redukcionim potencijalom od +1.33 V za Cr2O₇²⁻/Cr³⁺. U mnogim metalima, kao što je nerđajući čelik, hromat ioni pospešuju pasivizaciju. Međutim, na titanijumu, heksavalentni hrom ne proizvodi stabilan pasivni film. Joni hroma se ne inkorporiraju u rešetku titan dioksida, a visoki oksidacijski potencijal zapravo tjera titan u transpasivnu regiju, uzrokujući kontinuirano otapanje pasivnog filma. Brzina korozije titanijuma u 10% natrijum dihromatu na 70 stepeni je 0,05–0,15 mm godišnje, što je više nego kod mnogih neutralnih rastvora hlorida.

Mehanizam ponašanja titanijuma u rastvorima heksavalentnog hroma

Titanijum se oslanja na stabilan TiO₂ film za pasivizaciju. U rastvorima dihromata, reakcija redukcije Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O se dešava na površini titanijuma. Ova reakcija ima visoku gustinu struje izmjene, pomjerajući miješani potencijal titanijuma na vrijednosti iznad +1.0 V u odnosu na standardnu ​​vodoničnu elektrodu. Pri takvim plemenitim potencijalima, titan ulazi u transpasivnu regiju gdje TiO₂ film dalje oksidira u rastvorljive vrste Ti⁴⁺. Pasivni film se kontinuirano rastvara umjesto da ostane stabilan. Dodatno, hromat ioni ne stvaraju netopiva jedinjenja sa titanom koji bi mogli da deluju kao sloj barijere, za razliku od gvožđa ili hroma gde hromat formira zaštitne spinel okside.

Kvantitativne brzine korozije i analiza površine

Kontrolisano ispitivanje u 10% Na₂Cr₂O₇ na 70 stepeni tokom 1000 sati utvrdilo je sledeće ponašanje korozije za titanijum stepena 2. Brzina korozije je 0,05-0,15 mm godišnje, što je 5-15 puta veća od brzine u slatkoj vodi na istoj temperaturi. Na površini se vidi žuta-smeđa promjena boje od taloženog krom-oksida ili hidroksida. Analiza fotoelektronske spektroskopije X- pokazuje da površinski film sadrži mješavinu TiO₂ i Cr(OH)₃, ali je film porozan i nije -zaštitni. Potencijal otvorenog{16}}kola se stabilizuje na +0.6 do +0.9 V u odnosu na Ag/AgCl, koji je u transpasivnom području. Pitting se ne uočava; umjesto toga dolazi do ujednačenog stanjivanja. Za poređenje, titanijum 2. stepena u 3% NaCl na 70 stepeni ima stopu korozije od 0,01-0,03 mm godišnje sa pasivnim potencijalom od +0.1 do +0.3 V.

Utjecaj koncentracije i temperature na ozbiljnost korozije

Brzina korozije raste s koncentracijom dihromata i temperaturom. Pri 5% Na₂Cr₂O₇ i 70 stepeni, stopa korozije je 0,03-0,08 mm godišnje. Na 10% i 70 stepeni, stopa je 0,05–0,15 mm godišnje. Na 15% i 70 stepeni, stopa raste na 0,08–0,20 mm godišnje. Na 10% i 50 stepeni, stopa pada na 0,02–0,05 mm godišnje. Na 10% i 90 stepeni, stopa se povećava na 0,10-0,25 mm godišnje. Na 20% i 90 stepeni, stopa dostiže 0,15-0,35 mm godišnje. Korozija je ujednačena, bez rupica, jer se transpasivno otapanje odvija ravnomjerno po površini. Energija aktivacije za proces je približno 40 kJ/mol, što ukazuje na mješovitu kinetičku i difuzijsku kontrolu.

Korozijsko ponašanje različitih vrsta titanijuma u rastvorima dihromata

Sljedeća tabela upoređuje stope korozije različitih vrsta titanijuma u 10% natrijum dihromatu na 70 stepeni tokom 1000 sati, zajedno sa njihovim karakteristikama pasivnog filma.

Vodič za ublažavanje i odabir materijala za dihromatnu uslugu

Za primjene koje zahtijevaju zagrijavanje otopina natrijevog dihromata, sljedeća tabela daje preporuke za odabir titanijumskog grijača i ograničenja rada.

Inženjering iznad nivoa odabira

Debljina stijenke osigurava mogućnost korozije; zid od 2,0 mm sa stopom korozije od 0,10 mm godišnje traje 20 godina. Završna obrada površine cijevi ima minimalan utjecaj na transpasivno otapanje. Prisustvo hlorida u rastvoru dikromata, koji može nastati iz nečiste vode, povećava brzinu korozije za 2-3 puta. Dodatak sulfatnih jona ima blagi inhibicijski učinak. Brzina korozije se može smanjiti za 30-50% odzračivanjem otopine kako bi se uklonio kisik, što usporava katodnu reakciju.

Izrada informirane specifikacije

Za električni grejač od titanijuma u 10% natrijum dihromata na 70 stepeni, očekujte stopu korozije od 0,05–0,15 mm godišnje za stepen 2 ili 0,04–0,12 mm godišnje za stepen 7. Navedite minimalnu debljinu zida od 2,0 mm da biste obezbedili vek trajanja od 10–20 godina. Za veće koncentracije ili temperature, razmislite o smanjenju radne temperature ili razrjeđivanju otopine dikromata. Tokom rada, pratite grijač zbog promjena u električnom otporu, što može ukazivati ​​na stanjivanje. Ako rastvor postane kontaminiran hloridima, smanjite temperaturu na 50 stepeni. Razumijevajući da heksavalentni hrom ne pasivizira titan i umjesto toga uzrokuje transpasivno otapanje, inženjer odabire odgovarajuću debljinu stijenke i razred za predvidljiv vijek trajanja u otopinama natrijum dihromata.