Pentru un încălzitor cu imersie de titan într-o soluție de persulfat de sodiu 5% la 50 de grade, de ce ionul de persulfat nu pasivă titanul, în ciuda faptului că este un oxidant puternic și, în schimb, provoacă dizolvare transpasivă?

Persulfatul de sodiu (Na 2 S 2 O 8 ) este un oxidant puternic ( 2,01 V pentru S 2 O 8 2- / SO 4 2- ) mai eficient decât acidul azotic . Persulfatul induce dizolvarea transpasivă în loc de pasivare persistentă pe titan. La 50 de grade, potențialul puternic de oxidare împinge suprafața titanului în regiunea transpasivă peste 1,8 V față de electrodul de hidrogen tipic, unde filmul pasiv se descompune și titanul se dizolvă ca Ti⁴⁺ la viteze de la 0,2 la 0,5 mm/an. Dizolvarea transpasivă este uniformă mai degrabă decât pitting, cu toate acestea rata de coroziune este prea mare pentru majoritatea aplicațiilor.

Mecanismul de dizolvare transpasivă indusă-persulfatului

Zona pasivă stabilă pentru titan este de la aproximativ 0 V până la 1,8 V. La potențiale > 1,8 V, placa de TiO2 este oxidată în continuare la specii solubile de Ti4+: TiO2 + 2H2O Ti{4+ + 4OH{- + 2e-. Potențialul mixt al titanului fixat de persulfat, un oxidant foarte puternic, la 1,7–2,0 V. Curentul pentru dizolvarea transpasivă este important în acest interval. Coroziunea este omogenă deoarece întreaga suprafață este în stare transpasivă. Fără rupere localizată, ci o dizolvare continuă a filmului.

Rata cantitativă de coroziune față de concentrația de persulfat

Următoarele au fost stabilite pentru titanul de gradul 2 prin testare controlată la 50 de grade timp de 500 de ore în persulfat de sodiu. La 0% persulfat (linia de bază), viteza de coroziune este de 0,005–0,010 mm/an, potențialul de suprafață este de 0,2–0,5 V și mecanismul este pasiv. La 1% persulfat rata este de 0,05-0,12 mm/an, potențialul este de 1,2-1,5 V, iar mecanismul este mixt. 3% Rata de persulfat 0,12-0,25 mm/an Potențial 1,5-1,7 V Mecanism declanșare transpasivă. La 5% persulfat, rata este de 0,20–0,40 mm/an, potențialul este de 1,7–1,9 V, iar mecanismul este transpasiv. La 10% persulfat, viteza este de 0,35-0,60 mm/an, tensiunea este de 1,8-2,0 V și mecanismul este transpasiv sever.

Influența temperaturii asupra transpasivării

La temperaturi mai ridicate, zona transpasivă este deplasată la potențiale mai mici. Rata de coroziune la 25 de grade și 5% persulfat este de 0,10–0,20 mm pe an, iar mecanismul este transpasiv. La 40 de grade rata este de 0,15-0,30 mm/an. La 50 de grade viteza este de 0,20–0,40 mm yr–1. Rata la 60 de grade este de 0,30 până la 0,60 mm/an. La 70 de grade rata depășește 0,50 mm pe an. Dizolvarea transpasivă este îmbunătățită la temperaturi mai ridicate.
**Ghid pentru selectarea materialelor pentru serviciul de persulfat

Următorul tabel oferă recomandări pentru încălzitoarele în soluții de persulfat de sodiu, în funcție de concentrație și temperatură.

Gradul 2 Rata de coroziune (mm/an) Temperatura (grade) Concentrația de persulfat (%) Gradul 7 Rata de coroziune (mm/an) Material recomandat<1 50 0.05–0.10 0.03–0.06 Grade 7 with thick wall 1–3 40 0.08–0.15 0.05–0.10 PTFE-coated titanium 1–3 50 0.12–0.25 0.08–0.15Not recommended for titanium 3–5 30 0.10–0.20 0.06–0.12 Tantalum or PTFE5 Any >0.20 >0,12 Tantal sau PTFE
Inginerie Mai mult decât selecția de titan

Ratele de dizolvare transpasivă pentru gradul 7 sunt ușor mai mici decât pentru gradul 2 (scădere de 30-50%) din cauza îmbogățirii cu paladiu, dar îmbunătățirea nu este suficientă pentru a face titanul adecvat pentru serviciul cu persulfat. Grosimea peretelui trebuie să țină cont de coroziune. Cu o grosime a peretelui de 2,0 mm și o viteză de coroziune de 0,20 mm pe an, peretele va rezista 10 ani, dar acest lucru este minim. Încălzitoarele de titan acoperite cu PTFE mențin metalul separat de soluția de persulfat și oferă rezistență ridicată. Tantalul are o gamă pasivă mult mai largă și este rezistent la persulfat. Zirconiul este, de asemenea, bun, dar este costisitor.

2 Realizarea unei specificații bine informate

Rata de coroziune anticipată pentru un încălzitor de imersie cu titan în persulfat de sodiu 5% la 50 de grade C este de 0,20-0,40 mm pe an, ceea ce este prea mare pentru utilizare pe termen lung. Sau specificați încălzitor cu tantal sau încălzitor cu titan acoperit cu PTFE (strat PTFE de 0,5 mm). Dacă se utilizează titan, limitați concentrația de persulfat la 2%, temperatura la 40 de grade și grosimea peretelui la 2,5 mm. Verificați grosimea încălzitorului în funcțiune în fiecare an. Înlocuiți încălzitorul când grosimea peretelui atinge 1,0 mm. Un inginer care știe că persulfatul duce la dizolvarea transpasivă și nu la pasivare poate selecta materiale potrivite pentru un mediu oxidant atât de agresiv.