Pentru o tijă de căldură din titan folosită pentru a reîncălzi acid formic 90% la 100 de grade, cum schimbă conținutul de apă (5% față de . 10%) mecanismul de coroziune de la atac uniform la pitting?

Acidul formic 90% (HCOOH) la 100 de grade este un mediu reducător care pasivează oarecum titanul. Comportamentul la coroziune este puternic afectat de conținutul de apă din acid. La 5% apă (95% acid formic), soluția este foarte reducătoare și titanul suferă o coroziune uniformă la o rată de 0,1-0,3 mm pe an. Efectul adăugării de apă (10% apă în 90% acid formic) asupra chimiei soluției a fost explicat pe baza concentrației crescute a ionilor de hidroniu (H3O+) și a modificării stabilității filmului pasiv. Pittingul este mecanismul principal cu viteze de propagare a gropii de 0,5–1,2 mm/an, de 5 ori mai rapid decât atacul uniform. Între 7 și 9% conținut de apă, schimbarea este destul de dramatică.

Mecanismul de tranziție indus de apă-de coroziune uniformă la pitting

Filmul pasiv de titan în acid formic a fost stabilizat prin adsorbția ionilor de formiat (HCOO-). Apa concurează cu formiatul pentru locurile de adsorbție de la suprafață. La 5% apă, adsorbția formiatului este efectul predominant și filmul se degradează uniform. Adsorbția de apă este crescută pentru a duce la descompunerea localizată a peliculei la defecte cum ar fi granițele sau particulele intermetalice la 10% apă. De îndată ce începe o groapă, agresivitatea ridicată a ionilor de formiat, care acționează ca clorurile concentrate, se acumulează în groapă, accelerând propagarea. Tranziția are loc la o acoperire critică de apă de aproximativ 30%.

Rata de coroziune cantitativă și dependența mecanismului de conținutul de apă

Influența conținutului de apă a fost determinată prin testarea controlată a titanului de gradul 2 în combinații acid formic/apă la 100 de grade timp de 500 de ore. La 2% apă (98% acid formic), rata de coroziune uniformă este de 0,20-0,40 mm pe an, fără sâmburi și o suprafață uniform zgâriată. Rata uniformă scade la 0.10 - 0.25 mm pe an la 5% apă (95% acid formic), iar ocazional se dezvoltă gropi de mică adâncime sub 20 µm adâncime în zona de tranziție. Rata uniformă este de 0,08-0,15 mm/an la 8 % apă (92% acid formic), sâmburele începe după 200-400 h, iar adâncimea gropii este de 0,1-0,3 mm la 500 h. La 10% apă (90% acid formic), rata uniformă scade în continuare la 0,05-0,10 mm/an, dar pitting rapid începe în 50-150 ore, cu adâncimi de groapă de 0,3-0,8 mm după 500 ore, astfel încât pitting este mecanismul de defecțiune major. Rata uniformă este de 0,03-0,08 mm/an la 15% apă (85% acid formic), dar există pitting sever la 20-80h cu adâncimi de groapă de 0,5-1,2mm după 500h.

Influența temperaturii și a concentrației de acid formic asupra conținutului de apă de tranziție

Schimbarea de la coroziunea uniformă la pitting este o funcție a conținutului de apă în funcție de temperatură. Coroziunea uniformă este comună cu o viteză de 0,05-0,10 mm/an la 80 de grade în acid formic 95% (5% apă). Rata uniformă de coroziune la 100 de grade în acid formic 95% este de 0,10 până la 0,25 mm/an. Coroziunea mixtă se observă sub formă de propagare a gropii cu o rată de 0,15–0,30 mm pe an la 100 de grade cu 92% acid formic (8% apă). La 80 de grade, acidul formic 90% (10% apă) provoacă sâmburi la rate de 0,20–0,50 mm/an. 90% acid formic la 100 de grade dă 0,50-1,20 mm/an pentru coroziunea prin sâmburi. Rata de pitting la 100 de grade cu 85% acid formic (15% apă) este de 1,00 până la 2,00 mm/an. Conținutul critic de apă pentru trecerea la pitting scade odată cu creșterea temperaturii.

Ghid de control al conținutului de apă pentru încălzitoare cu acid formic

Următorul tabel oferă recomandări pentru conținutul maxim de apă permis în acid formic pentru încălzitoarele de titan de gradul 2 și gradul 7 la 100 de grade, în funcție de durata de viață prevăzută și mecanismul de coroziune acceptabil.

Durată de viață dorită (ani) Temperatura de funcționare (ºC) Apă maximă permisă (%) pentru apa de gradul 2 maximă permisă (%) pentru mecanismul dominant de gradul 75 80<8 <12 Uniform >3 100 <6 <10 Uniform 2–3 100 6–7 10–12 Mixed (acceptable) 1–2 100 7–8 12–14 Pitting (marginal for Grade 7)
<1 100 >8 >14 Pitting (severă)
Inginerie de control al conținutului de deasupra apei

Conținutul de apă de tranziție este foarte sensibil la gradul de titan. Gradul 7 (stabilizat cu paladiu) mută tranziția uniformă la pitting la 10-12% apă, permițând operarea în siguranță la 90% acid formic (10% apă). Nota 12 este o îmbunătățire intermediară. Grosimea peretelui nu previne sâmburele, dar oferă o toleranță la coroziune. Un perete de 2,0 mm cu gropi la 0,5 mm pe an va supraviețui 4 ani. Puritatea acidului formic este importantă; contaminanții precum clorurile mai mici de 10 ppm sau sulfații mai mici de 50 ppm reduc conținutul de apă de tranziție cu 2 ~ 3 %. Oxigenul dizolvat (aerare) are ca rezultat o coroziune omogenă, mai degrabă decât sâmburi, iar dezaerarea schimbă tranziția către un conținut de apă mai scăzut.

O specificație informată

Utilizați titan de gradul 7 pentru o baghetă de căldură de titan în acid formic 90% (10% apă) la 100 de grade pentru funcționare în regim uniform sau mixt. Gradul 2 scade conținutul de apă sub 7% prin distilare sau prin utilizarea acidului formic anhidru. Pentru încălzitoarele actuale de grad 2 în acid formic 90% adăugați 1-2% anhidridă formică sau anhidridă acetică pentru a lega apa chimic și menține apa liberă sub 6%. Monitorizați conținutul de apă prin titrare Karl Fischer săptămânal în timpul funcționării; adăugați agent de uscare sau diluați cu acid anhidru dacă apa ajunge la 7% pentru gradul 2 sau 10% pentru gradul 7. Prin menținerea conținutului de apă sub nivelul critic de tranziție, inginerul schimbă mecanismul de coroziune de la pitting rapid la atac uniform, prelungind astfel durata de viață a încălzitorului în funcționarea cu acid formic fierbinte.