Când un încălzitor de înveliș de titan este folosit pentru a fierbe o soluție de tartrat de sodiu 5% la 103 grade, de ce complexul ionic de tartrat ionii de titan previne repasivarea, ducând la coroziune uniformă la 0,2 mm pe an?

Ionul tartrat (C4H4O6 2-) este un agent de chelare puternic pentru titan în tartrat de sodiu 5% la 103 grade (fierbere). Tartratul creează complexe-tartrat de titan solubile: Ti⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]⁴⁻ Spre deosebire de clorura sau fluorura, care provoacă sâmburi. Această complexare elimină ionii de Ti 4+ de pe suprafață pe măsură ce sunt generați și, de asemenea, împiedică crearea unui strat pasiv stabil. Fără învelișul de protecție, titanul se corodează uniform la 0,15-0,25 mm/an fără pitting localizat. După faza tranzitorie inițială, viteza de coroziune este independentă de timp.

Mecanismul de coroziune uniformă a tartratului

Ionii tartrat posedă mai multe grupări hidroxil și carboxil care formează inele chelate cu cinci-membri stabile cu Ti(IV). Constanta de formare a complexului Ti-tartrat este excepțional de mare (log K=20). Acest lucru asigură că orice Ti 4+ eliberat de pe suprafața metalului este complexat prompt și îndepărtat la soluție. Numai la concentrații locale foarte mari de Ti⁴⁺ este depășit produsul de solubilitate al TiO₂ și astfel filmul pasiv nu se poate forma. Coroziunea are loc prin dizolvarea directă a metalului: Ti → Ti4+ + 4e{- și complexarea rapidă. Procesul este consecvent, deoarece nu există pelicule pasive care să fie defalcate local.

Rata cantitativă de coroziune față de concentrația de tartrat

Următoarele au fost stabilite pentru titanul de gradul 2 sub testare controlată timp de 500 de ore în soluții de tartrat de sodiu la fierbere (103 grade ). Viteza de coroziune 0,005-0,010 mm pe an Suprafață Luminoasă Mecanism Pasiv 0% tartrat (apă curată) La 1% tartrat, rata este de 0,03–0,06 mm/an, suprafața este ușor gravată și mecanismul este amestecat. La 3% tartrat, rata este de 0,08–0,15 mm/an, suprafața este gravată uniform și complexarea este procesul dominant. La 5% tartrat, rata este de 0,15–0,25 mm/an, suprafața este omogenă și mată, iar procesul este dominant de complexare. Rata la 10% tartrat este de 0,2–0,35 mm pe an, suprafața este uniform mată, iar mecanismul este complexare severă.

Dependența de pH și temperatură a vitezei de complexare

Viteza de complexare și viteza de coroziune depind de pH și temperatură. La 60 de grade, pH 7 cu 5% tartrat, rata de coroziune este de 0,04-0,08 mm/an. Viteza este de 0,08-0,15 mm/an la 80 de grade și pH 7. La 100 de grade, pH 7, viteza este de 0,15–0,25 mm/an. 0.10-0.18 mm/an la 100 de grade și pH 9 (mai mare scade coroziunea) La 100 de grade, pH-ul 2-03 este 0,5 și pH-05. mm/an (pH mai scăzut accelerează coroziunea). Energia de activare este de ~50 kJ/mol.

Încălzitoare cu titan - Un ghid pentru concentrarea tartratului și controlul pH-ului

Tabelul de mai jos oferă recomandări pentru încălzitoarele de titan de gradul 2 și gradul 7 care funcționează în soluții de tartrat de sodiu.

Concentrație Tartrat de sodiu (%) Temperatura (grade) Rata de coroziune (mm/an) pH Grad 2Grad 7 Rata de coroziune (mm/an)<1 100 7 0.03–0.06 0.02–0.04 Acceptable Recommendation 1–3 80 7 0.05–0.10 0.03–0.06 Acceptable 1–3 3–5 80 7 0.08–0.15 0.05–0.10 Use Grade 7 Recommendation 3–5 100 7 0.15–0.25 0.10–0.18 Use Grade 7 plus thick wall Recommendation
5–10 100 9 0.10–0.18 0.06–0.12 Increase pH >10 Any Any >0.20 >0.12 Nerecomandat Alte tehnici decât controlul concentrației tartratului

Rata de complexare depinde de calitatea titanului. Ratele de coroziune de gradul 7 (stabilizat cu paladiu) sunt cu 30-50% mai mici decât cele de gradul 2 în soluții de tartrat, deoarece paladiul ajută la menținerea unui film pasiv subțire chiar și în prezența condițiilor de complexare. Nota 12 este un nivel intermediar de perfecţionare. Grosimea peretelui oferă o toleranță de coroziune; un perete de 2,0 mm va rezista 13 ani cu o coroziune uniformă de 0,15 mm pe an. Lustruirea suprafeței are un efect redus asupra coroziunii uniforme. Rata de coroziune este redusă cu 30–40% la adăugarea de hidroxid de sodiu pentru a crește pH-ul la 9. Când temperatura este redusă de la 100 la 80 de grade, rata este redusă cu 50%.

Furnizarea unei specificații informate

Pentru încălzitorul de teaca de titan în tartrat de sodiu 5% la 103 grade. Coroziunea uniformă fiind procesul principal. Utilizați titan de gradul 7 pentru a minimiza rata de coroziune la 0,10 până la 0,18 mm/an. Utilizați o grosime de perete de 2,0 mm pentru o durată de viață de 10 până la 15 ani. Dacă este posibil, fie ajustați pH-ul la 9 folosind hidroxid de sodiu, fie reduceți temperatura la 80 de grade. În timpul funcționării, grosimea peretelui încălzitorului trebuie verificată anual cu instrumente cu ultrasunete; când grosimea peretelui atinge 0,5 mm, încălzitorul trebuie înlocuit. Inginerul înțelege că ionii de tartrat compun ionii de titan și inhibă repasivarea, rezultând o coroziune uniformă previzibilă. Inginerul alege gradul corect și grosimea peretelui produsului.