Kada se grijač titanijumskog omotača koristi za prokuvavanje 5% rastvora natrijum tartarata na 103 stepena, zašto tartarat jon kompleksira jone titanijuma i sprečava repasivaciju, što dovodi do ujednačene korozije na 0,2 mm godišnje?
Ostavi poruku
U 5% natrijum tartratu na 103 stepena (ključanje), tartratni jon (C₄H₄O₆²⁻) je jak helirajući agens za titanijum. Za razliku od hlorida ili fluorida koji uzrokuju rupe, tartarat formira rastvorljive komplekse titanijuma-tartrata: Ti⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]⁴⁻. Ovo kompleksiranje uklanja Ti⁴⁺ ione sa površine kako se formiraju, sprečavajući stvaranje stabilnog pasivnog filma. Bez zaštitnog filma, titan ravnomjerno korodira stabilnom brzinom od 0,15-0,25 mm godišnje, bez lokaliziranih rupica. Brzina korozije je nezavisna od vremena nakon početnog prolaznog perioda.
Mehanizam uniformne korozije izazvane tartratom-
Tartratni joni imaju višestruke hidroksilne i karboksilne grupe koje formiraju stabilne petočlane kelatne prstenove sa Ti⁴⁺. Konstanta formiranja kompleksa Ti-tartarata je veoma visoka (log K ≈ 20). To znači da se svaki Ti⁴⁺ koji se oslobađa sa metalne površine odmah kompleksira i uklanja u rastvor. Pasivni film se ne može nakupiti jer je proizvod rastvorljivosti TiO₂ prekoračen samo pri vrlo visokim lokalnim koncentracijama Ti⁴⁺. Korozija se nastavlja direktnim rastvaranjem metala: Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻, nakon čega slijedi brzo kompleksiranje. Proces je ujednačen jer ne postoji pasivni film koji bi se lokalno razbio.
Kvantitativna stopa korozije kao funkcija koncentracije tartrata
Kontrolisanim ispitivanjem u ključanju rastvora natrijum tartarata (103 stepena) tokom 500 sati utvrđeno je sledeće za titanijum stepena 2. Pri 0% tartrata (čista voda), stopa korozije je 0,005–0,010 mm godišnje, površina je svijetla, a mehanizam je pasivan. Kod 1% tartrata, stopa je 0,03–0,06 mm godišnje, površina je lagano nagrizena, a mehanizam je pomiješan. Kod 3% tartrata, stopa je 0,08–0,15 mm godišnje, površina ima jednolično jetkanje, a kompleksiranje dominira. Kod 5% tartrata, stopa je 0,15-0,25 mm godišnje, površina ima ujednačenu mat završnicu, a mehanizam je kompleksan{19}}dominantan. Kod 10% tartrata, stopa je 0,20–0,35 mm godišnje, površina je ujednačeno mat, a mehanizam je teško kompleksiranje.
Utjecaj pH i temperature na brzinu kompleksiranja
Brzina kompleksiranja i stopa korozije zavise od pH i temperature. Na 60 stepeni i pH 7 sa 5% tartrata, stopa korozije je 0,04-0,08 mm godišnje. Na 80 stepeni i pH 7, stopa je 0,08–0,15 mm godišnje. Na 100 stepeni i pH 7, stopa je 0,15–0,25 mm godišnje. Na 100 stepeni i pH 9, stopa je 0,10-0,18 mm godišnje (viši pH usporava koroziju). Na 100 stepeni i pH 5, stopa je 0,20–0,35 mm godišnje (niži pH ubrzava koroziju). Energija aktivacije je približno 50 kJ/mol.
Vodič za kontrolu koncentracije tartrata i pH za grijače od titana
Sljedeća tabela daje preporuke za radne uslove za grijače titanijuma stepena 2 i 7 u rastvorima natrijum tartarata.
| Koncentracija natrijevog tartrata (%) | Temperatura (stepen) | pH | Stepen korozije 2 stepena (mm/godina) | Stepen korozije 7 stepena (mm/godina) | Preporuka |
|---|---|---|---|---|---|
| <1 | 100 | 7 | 0.03–0.06 | 0.02–0.04 | Prihvatljivo |
| 1–3 | 80 | 7 | 0.05–0.10 | 0.03–0.06 | Prihvatljivo |
| 3–5 | 80 | 7 | 0.08–0.15 | 0.05–0.10 | Koristite 7. razred |
| 3–5 | 100 | 7 | 0.15–0.25 | 0.10–0.18 | Koristite debeli zid stepena 7 + |
| 5–10 | 100 | 9 | 0.10–0.18 | 0.06–0.12 | Povećajte pH |
| >10 | Bilo koji | Bilo koji | >0.20 | >0.12 | Ne preporučuje se |
Inženjering izvan kontrole koncentracije tartrata
Kvalitet titana utiče na stopu kompleksiranja. Grade 7 (stabiliziran paladijumom) ima 30-50% niže stope korozije od Grade 2 u otopinama tartrata jer paladij pomaže u održavanju tankog pasivnog filma čak iu uslovima stvaranja kompleksa. Razred 12 nudi srednja poboljšanja. Debljina stijenke osigurava mogućnost korozije; zid od 2,0 mm sa 0,15 mm godišnje ravnomerne korozije traje 13 godina. Završna obrada površine nema značajan uticaj na ravnomernu koroziju. Povećanje pH na 9 dodavanjem natrijum hidroksida smanjuje stopu korozije za 30-40%. Smanjenje temperature sa 100 stepeni na 80 stepeni smanjuje stopu za 50%.
Izrada informirane specifikacije
Za grijač titanijumskog omotača u 5% natrijum tartratu na 103 stepena prihvatite jednoličnu koroziju kao dominantni mehanizam. Navedite titanijum stepena 7 da biste smanjili stopu korozije na 0,10–0,18 mm godišnje. Koristite debljinu zida od 2,0 mm kako biste osigurali vijek trajanja od 10 do 15 godina. Ako je moguće, povećajte pH na 9 dodavanjem natrijum hidroksida ili smanjite temperaturu na 80 stepeni. Tokom rada, nadgledajte debljinu grijača godišnje ultrazvučnim mjerenjem; kada debljina zida dostigne 0,5 mm, zamijenite grijač. Razumijevajući da tartarat joni kompleksiraju jone titana i sprečavaju repasivaciju, inženjer bira odgovarajući stepen i debljinu zida za predvidljivu ujednačenu koroziju.
