Natrium dikromat (Na₂Cr₂O₇) pada kepekatan 10% dan 70 darjah ialah larutan pengoksidaan kuat. Kromium heksavalen (Cr⁶⁺) ialah pengoksida berkuasa dengan potensi pengurangan standard +1.33 V untuk Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺. Dalam kebanyakan logam, seperti keluli tahan karat, ion kromat menggalakkan pempasifan. Walau bagaimanapun, pada titanium, kromium heksavalen tidak menghasilkan filem pasif yang stabil. Ion kromium tidak bergabung ke dalam kekisi titanium dioksida, dan potensi pengoksidaan yang tinggi sebenarnya mendorong titanium ke kawasan transpasif, menyebabkan pembubaran berterusan filem pasif. Kadar kakisan titanium dalam 10% natrium dikromat pada 70 darjah ialah 0.05–0.15 mm setahun, yang lebih tinggi daripada kebanyakan larutan klorida neutral.

Mekanisme Gelagat Titanium dalam Penyelesaian Kromium Heksavalen

Titanium bergantung pada filem TiO₂ yang stabil untuk pempasifan. Dalam larutan dikromat, tindak balas pengurangan Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O berlaku pada permukaan titanium. Tindak balas ini mempunyai ketumpatan arus pertukaran yang tinggi, mengalihkan potensi campuran titanium kepada nilai di atas +1.0 V berbanding elektrod hidrogen standard. Pada potensi mulia sedemikian, titanium memasuki kawasan transpasif di mana filem TiO₂ teroksida terus kepada spesies Ti⁴⁺ larut. Filem pasif larut secara berterusan dan bukannya kekal stabil. Selain itu, ion kromat tidak membentuk sebatian tidak larut dengan titanium yang boleh bertindak sebagai lapisan penghalang, tidak seperti pada besi atau kromium di mana kromat membentuk oksida spinel pelindung.

Kadar Kakisan Kuantitatif dan Analisis Permukaan

Ujian terkawal dalam 10% Na₂Cr₂O₇ pada 70 darjah selama 1,000 jam telah mewujudkan tingkah laku kakisan berikut untuk titanium Gred 2. Kadar kakisan ialah 0.05–0.15 mm setahun, iaitu 5–15 kali lebih tinggi daripada kadar dalam air tawar pada suhu yang sama. Permukaan menunjukkan perubahan warna kuning{11}}coklat daripada termendap kromium oksida atau hidroksida. Analisis spektroskopi fotoelektron sinar-X menunjukkan bahawa filem permukaan mengandungi campuran TiO₂ dan Cr(OH)₃, tetapi filem itu berliang dan tidak{14}}pelindung. Potensi litar-terbuka menjadi stabil pada +0.6 kepada +0.9 V lwn. Ag/AgCl, yang berada di rantau transpasif. Pitting tidak diperhatikan; sebaliknya, penipisan seragam berlaku. Sebagai perbandingan, titanium Gred 2 dalam 3% NaCl pada 70 darjah mempunyai kadar kakisan 0.01–0.03 mm setahun dengan potensi pasif +0.1 hingga +0.3 V.

Pengaruh Kepekatan dan Suhu terhadap Keterukan Kakisan

Kadar kakisan meningkat dengan kedua-dua kepekatan dan suhu dikromat. Pada 5% Na₂Cr₂O₇ dan 70 darjah, kadar kakisan ialah 0.03–0.08 mm setahun. Pada 10% dan 70 darjah, kadarnya ialah 0.05–0.15 mm setahun. Pada 15% dan 70 darjah, kadarnya meningkat kepada 0.08–0.20 mm setahun. Pada 10% dan 50 darjah, kadar turun kepada 0.02-0.05 mm setahun. Pada 10% dan 90 darjah, kadar meningkat kepada 0.10–0.25 mm setahun. Pada 20% dan 90 darjah, kadarnya mencapai 0.15-0.35 mm setahun. Hakisan adalah seragam, tanpa pitting, kerana pembubaran transpasif berlaku sama rata di seluruh permukaan. Tenaga pengaktifan untuk proses adalah lebih kurang 40 kJ/mol, menunjukkan kawalan kinetik dan resapan bercampur.

Kelakuan Kakisan Gred Titanium Berbeza dalam Penyelesaian Dikromat

Jadual berikut membandingkan kadar kakisan pelbagai gred titanium dalam 10% natrium dikromat pada 70 darjah lebih 1,000 jam, bersama dengan ciri filem pasifnya.

Panduan Tebatan dan Pemilihan Bahan untuk Perkhidmatan Dichromate

Untuk aplikasi yang memerlukan pemanasan larutan natrium dikromat, jadual berikut menyediakan cadangan untuk pemilihan pemanas titanium dan had operasi.

Kejuruteraan Melangkaui Pemilihan Gred

Ketebalan dinding menyediakan elaun kakisan; dinding 2.0 mm dengan kadar kakisan 0.10 mm setahun bertahan selama 20 tahun. Kemasan permukaan tiub mempunyai kesan minimum pada pembubaran transpasif. Kehadiran klorida dalam larutan dikromat, yang boleh berlaku daripada air yang tidak tulen, meningkatkan kadar kakisan sebanyak 2-3 kali. Penambahan ion sulfat mempunyai sedikit kesan menghalang. Kadar kakisan boleh dikurangkan sebanyak 30–50% dengan menyahairkan larutan untuk mengeluarkan oksigen, yang melambatkan tindak balas katodik.

Membuat Spesifikasi Termaklum

Untuk pemanas rendaman elektrik titanium dalam 10% natrium dikromat pada 70 darjah, jangkakan kadar kakisan 0.05–0.15 mm setahun untuk Gred 2 atau 0.04–0.12 mm setahun untuk Gred 7. Tentukan ketebalan dinding minimum 2.0 mm untuk memberikan hayat perkhidmatan 10–20 tahun. Untuk kepekatan atau suhu yang lebih tinggi, pertimbangkan untuk mengurangkan suhu operasi atau mencairkan larutan dikromat. Semasa operasi, pantau pemanas untuk perubahan dalam rintangan elektrik, yang mungkin menunjukkan penipisan. Jika larutan tercemar dengan klorida, kurangkan suhu kepada 50 darjah . Dengan memahami bahawa kromium heksavalen tidak memasifkan titanium dan sebaliknya menyebabkan pembubaran transpasif, jurutera memilih ketebalan dan gred dinding yang sesuai untuk hayat perkhidmatan yang boleh diramal dalam larutan natrium dikromat.