Natrium borat (Na₂B₄O₇) pada kepekatan 8% dan 95 darjah digunakan sebagai agen penampan dan perencat kakisan. Ion borat (B₄O₇²⁻) boleh membentuk filem pelindung pada titanium, tetapi kestabilan filem ini bergantung pada kepekatan borat pada permukaan logam. Di bawah pemanasan kitaran, kecerunan suhu merentasi lapisan sempadan menyebabkan ion borat berhijrah atau mendakan. Kecerunan kepekatan terbentuk, dengan kepekatan borat yang lebih tinggi pada larutan pukal yang lebih sejuk dan kepekatan yang lebih rendah pada permukaan tiub panas. Kecerunan ini menjejaskan kestabilan filem pasif, yang membawa kepada penipisan setempat. Filem pasif kekal stabil apabila kepekatan borat di permukaan melebihi 2%.

Mekanisme Pembentukan Kecerunan Kepekatan Borat

Di bawah pemanasan-keadaan mantap, ion borat meresap ke arah permukaan titanium panas, tetapi resapan terma (kesan Soret) menghalaunya dari permukaan panas. Kesan bersih ialah lapisan sempadan yang habis, dengan kepekatan borat pada permukaan tiub 10–30% lebih rendah daripada larutan pukal. Semasa pemanasan kitaran (hidup-kitaran mati), kecerunan kepekatan berayun. Apabila pemanas dimatikan, permukaan menjadi sejuk, dan ion borat meresap kembali ke permukaan, menyebabkan pempasifan sementara. Apabila pemanas dihidupkan semula, kecerunan-terbentuk semula, dan permukaan menjadi berkurangan. Penyusutan dan pemulihan kitaran ini menegangkan filem pasif, yang membawa kepada keretakan dan spalling.

Kestabilan Filem Pasif Kuantitatif sebagai Fungsi Kepekatan Borat Permukaan

Ujian terkawal dalam 8% natrium borat (kepekatan pukal) pada 95 darjah di bawah pemanasan kitaran (1 jam dihidupkan, 1 jam dimatikan) telah mewujudkan kestabilan filem pasif untuk titanium Gred 2 pada kepekatan borat permukaan yang berbeza. Pada kepekatan permukaan 4-5% (diperkaya), ketebalan filem pasif ialah 5-8 nm, filem itu stabil dan melekat, dan tiada pitting berlaku selepas 1,000 kitaran. Pada 3-4% (hampir pukal), ketebalannya ialah 3-5 nm, filem itu sederhana stabil, dan pitting sekali-sekala berlaku selepas 500 kitaran. Pada 2–3% (penyusutan sederhana), ketebalannya ialah 2–4 nm, filem menunjukkan keretakan, dan pitting bermula selepas 200–400 kitaran. Pada 1-2% (kehabisan), ketebalan adalah 1-3 nm, filem tidak stabil, dan pitting berlaku dalam 50-200 kitaran. Di bawah 1%, filem pasif gagal sepenuhnya, dan kakisan seragam berlaku pada 0.1–0.3 mm setahun.

Pengaruh Kepekatan Borat dan Kekerapan Kitaran terhadap Penipisan Permukaan

Keterukan penyusutan permukaan bergantung pada kepekatan borat pukal dan kekerapan kitaran. Pada borat pukal 4%, kepekatan permukaan di bawah pemanasan kitaran ialah 2-3%, iaitu marginal. Pada pukal 6%, kepekatan permukaan adalah 3-4%, yang sederhana stabil. Pada pukal 8% (nominal), kepekatan permukaan adalah 4-5%, yang stabil. Pada pukal 10%, kepekatan permukaan adalah 5-6%, yang sangat stabil. Pada kekerapan kitaran 6 kitaran sejam (10 minit dihidupkan, 10 minit dimatikan), kepekatan permukaan adalah 10–20% lebih rendah daripada pada 2 kitaran sehari kerana lapisan sempadan tidak mempunyai masa untuk pulih.

Kepekatan Borate dan Panduan Pengurusan Kitaran untuk Pemanas Titanium

Jadual berikut menyediakan cadangan untuk parameter kepekatan borat pukal dan kitaran untuk mengekalkan kestabilan filem pasif pada titanium Gred 2 pada 95 darjah.

Kejuruteraan Melangkaui Kawalan Kepekatan

Gred titanium menjejaskan kestabilan filem pasif di bawah kecerunan kepekatan. Gred 7 (palladium-stabil) mengekalkan filem yang stabil pada kepekatan borat permukaan sehingga 1.5%, memberikan margin keselamatan yang lebih besar. Gred 12 menawarkan peningkatan pertengahan. Ketebalan dinding tidak menjejaskan filem pasif. Kadar pemanasan penting; ramping perlahan (1 darjah seminit) mengurangkan kecerunan kepekatan berbanding ramping pantas (10 darjah seminit). Pengadukan larutan (pengadun atau pam edaran semula) meminimumkan kecerunan kepekatan dengan mengurangkan ketebalan lapisan sempadan.

Membuat Spesifikasi Termaklum

Untuk pemanas sarung titanium dalam 8% natrium borat pada 95 darjah dengan pemanasan kitaran, kekalkan kepekatan borat pukal pada 8–10% untuk memastikan kepekatan permukaan melebihi 4% semasa berbasikal. Jika kekerapan kitaran melebihi 6 kitaran sejam, tingkatkan kepekatan pukal kepada 10%. Untuk pemanas sedia ada dengan ketidakstabilan filem pasif (ditunjukkan oleh penggunaan kuasa yang tidak menentu atau pitting), tambah borat untuk meningkatkan kepekatan kepada 10% atau mengurangkan kekerapan kitaran. Semasa operasi, pantau pH; jika pH turun di bawah 9, tambah natrium hidroksida. Dengan mengawal kecerunan kepekatan borat melalui kepekatan pukal yang mencukupi dan kekerapan berbasikal yang dikurangkan, jurutera mengekalkan filem pasif yang stabil pada pemanas titanium.