Apabila Pemanas Sarung Titanium Digunakan untuk Mendidih Larutan Natrium Tartrat 5% pada 103 darjah , Mengapa Ion Titanium Kompleks Ion Tartrat dan Menghalang Repassivation, Membawa kepada Hakisan Seragam pada 0.2 mm setahun?

Dalam 5% natrium tartrat, ion tartrat (C₄H₄O₆²⁻) ialah agen pengkelat yang kuat untuk titanium pada 103 darjah (mendidih). Serangan pitting disebabkan oleh klorida dan fluorida, tetapi tartrat membawa kepada pembentukan kompleks titanium tartrat larut: Ti⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]⁴⁻. Pengkompleksan itu mengeluarkan ion Ti 4+ daripada permukaan apabila ia terbentuk dan menghalang pembentukan filem pasif yang stabil. Tanpa penutup pelindung, titanium akan terhakis secara seragam pada kadar malar 0.15 – 0.25 mm setahun tanpa pitting setempat. Kadar kakisan bukan fungsi masa selepas fasa peralihan awal.

Mekanisme Tartrate-Kakisan Seragam Teraruh

Ion tartrat mempunyai beberapa kumpulan hidroksil dan karboksil yang mampu membentuk gelang kelat lima anggota yang stabil dengan Ti 4+ . log K~20). Pemalar pembentukan untuk kompleks Ti-tartrat adalah sangat tinggi Ini bermakna sebarang Ti⁴⁺ yang dilepaskan daripada permukaan logam dikomplekskan dan segera diambil ke dalam larutan. Filem pasif tidak boleh tumbuh, kerana produk keterlarutan TiO2 hanya melebihi pada kepekatan tempatan yang sangat tinggi Ti4+. Proses kakisan adalah berdasarkan pelarutan langsung logam: Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻, diikuti dengan pengkompleksan cepat. Kerana tiada filem pasif untuk dipecahkan secara tempatan, prosesnya adalah seragam .

Kadar Kakisan Kuantitatif berbanding Kepekatan Tartrat

Ujian terkawal dalam larutan natrium tartrat mendidih (103 darjah ) selama 500 jam telah menetapkan perkara berikut untuk titanium Gred 2. Pada 0% tartrat (air tulen) kadar kakisan ialah 0.005–0.010 mm/th, permukaannya cerah dan mekanismenya adalah pasif. Pada tartrat 1%, kadarnya ialah 0.03-0.06 mm setahun, permukaan menunjukkan etsa cahaya dan mekanisme bercampur. Pada kadar tartrat 3% ialah 0.08–0.15 mm/tahun, permukaan menunjukkan etsa seragam dan proses kompleks adalah proses yang lazim. Dengan 5% tartrat, kadarnya ialah 0.15–0.25 mm/thn, permukaannya adalah kemasan matte yang seragam dan prosesnya adalah dominan penggumpalan. 0.20-0.35 mm/thn pada 10% tartrate, permukaan matte sekata, mekanisme pengkompleksan yang teruk.

Kesan pH dan Suhu ke atas Kadar Pengkompleksan

Kadar kompleksasi dan kadar kakisan adalah fungsi pH dan suhu. Kadar kakisan pada 60 C, pH 7 dan 5% tartrat ialah 0.04-0.08 mm/thn. Kadar pada 80 darjah dan pH 7 ialah 0.08-0.15 mm/thn. Kadarnya ialah 0.15 hingga 0.25 mm/tahun pada 100 darjah dan pH 7. Kadarnya ialah 0.10–0.18 mm setahun pada 100 darjah dan pH 9 (pH yang lebih tinggi mengurangkan kakisan). Kadar pada 100 darjah , pH 5, 0.20–0.35 mm/tahun (pH yang lebih rendah meningkatkan kadar kakisan). Tenaga pengaktifan adalah sekitar 50 kJ/mol.

Kawalan Kepekatan Tartrat dan pH dalam Pemanas Titanium

Jadual berikut memberikan syarat operasi yang disyorkan untuk pemanas titanium Gred 2 dan Gred 7 dalam larutan natrium tartrat.

Kepekatan Natrium Tartrat (%) Suhu ( darjah ) pH Gred 2 Kadar Kakisan (mm/th) Kadar Kakisan (mm/tahun) Gred 7 Syor<1 100 7 0.03–0.06 0.02–0.04 Acceptable 1–3 80 7 0.05–0.10 0.03–0.06 Acceptable 3–5 80 7 0.08–0.15 0.05–0.10 Use Grade 7 3–5 100 7 0.15–0.25 0.10–0.18 Use Grade 7 + thick wall
5-10 100 9 0.10-0.18 0.06-0.12 pH increase >10 Any Any >0.20 >0.12 Tidak disyorkan Kejuruteraan Melampaui Kawalan Kepekatan Tartrat

Gred titanium mempengaruhi kadar pengkompleksan. Kadar kakisan Gred 7 (palladium stabil) adalah 30-50% lebih rendah daripada Gred 2 dalam larutan tartrat, kerana paladium menstabilkan salutan pasif nipis walaupun dalam keadaan kompleks. Gred 12 menunjukkan peningkatan yang sederhana. Ketebalan dinding memberikan elaun kakisan . 2 . 0 mm dinding dengan 0 . 15 mm/tahun kakisan seragam berlangsung selama 13 tahun . Kemasan permukaan mempunyai sedikit kesan ke atas kakisan seragam. Dengan meningkatkan pH kepada 9 dengan natrium hidroksida kadar kakisan dikurangkan sebanyak 30-40%. Jika suhu diturunkan dari 100 darjah kepada 80 darjah , maka kadarnya dipotong separuh.

Membangunkan spesifikasi termaklum

Untuk pemanas sarung titanium, mekanisme yang mendominasi hendaklah diandaikan sebagai kakisan seragam dalam 5% natrium tartrat pada 103 darjah. Gunakan titanium Gred 7 untuk menurunkan kadar kakisan kepada 0.10–0.18 mm setahun. Untuk hayat perkhidmatan 10 hingga 15 tahun gunakan ketebalan dinding 2.0 mm. Naikkan pH kepada 9 (jika boleh) dengan natrium hidroksida atau turunkan suhu kepada 80C. Semasa operasi, ketebalan pemanas dipantau dengan mengukur ultrasonik sekali setahun dan pemanas diganti apabila ketebalan dinding mencapai 0.5 mm. Jurutera sedar bahawa ion tartrat merumitkan ion titanium dan menghalang pemapasian semula, oleh itu mereka memilih gred dan ketebalan dinding yang betul untuk memastikan kakisan seragam yang boleh diramal.