بالنسبة لقضيب حراري من التيتانيوم يعمل في محلول كربونات البوتاسيوم بنسبة 50% عند 110 درجة، كيف يغير مستوى الأكسجين المذاب (0.5 جزء في المليون مقابل . 5 جزء في المليون) استقرار طبقة التخميل التيتانات؟
ترك رسالة
في 50% من كربونات البوتاسيوم (K₂CO₃) عند 110 درجة مئوية، تتشكل طبقة واقية من تيتانات البوتاسيوم (K₂TiO₃) على سطح التيتانيوم. يعد الأكسجين المذاب (DO) أمرًا بالغ الأهمية لتكوين التيتانات. عند مستوى منخفض من الأكسجين (0.5 جزء في المليون)، تكون طبقة التيتانات رقيقة (0.1-0.5 ميكرومتر) ومسامية، مما يوفر حماية ضعيفة. عند ارتفاع نسبة DO (5 جزء في المليون)، تكون الطبقة أكثر سمكًا (1-3 ميكرومتر) وكثيفة، مما يقلل معدل التآكل بمقدار 5-10 مرات. تتشكل طبقة التيتانات من خلال التفاعل TiO₂ + K₂O → K₂TiO₃، حيث يأتي K₂O من تحلل K₂CO₃.
آلية تأثير الأكسجين المذاب على تكوين طبقة التيتانات
الأكسجين مطلوب للحفاظ على سطح التيتانيوم في حالة سلبية حيث يمكن أن يتشكل TiO₂. في وجود K₂CO₃، يتفاعل TiO₂ لتكوين K₂TiO₃. بدون كمية كافية من الأكسجين، تكون طبقة TiO2 رقيقة ومعيبة، كما أن طبقة K2TiO₃ التي تتشكل تكون معيبة أيضًا. عند انخفاض DO، تحتوي الطبقة على شقوق ومسام تسمح باستمرار التآكل. عند ارتفاع نسبة DO، تنمو الطبقة بشكل موحد وتصبح واقية. ويخضع معدل التآكل في النظام المستقر لانتشار الأكسجين عبر طبقة التيتانات.
خصائص طبقة تيتانات الكمية كدالة للأكسجين المذاب
أثبتت الاختبارات الخاضعة للرقابة بنسبة 50% من K₂CO₃ عند 110 درجة على مدى 1000 ساعة ما يلي بالنسبة للتيتانيوم من الدرجة الثانية. عند 0 جزء في المليون D O (نزع الهواء)، يبلغ سمك طبقة التيتانيوم 0.05-0.1 ميكرومتر، ومعدل التآكل 0.15-0.30 مم سنويًا، ويكون السطح داكنًا ومساميًا. عند 0.5 جزء في المليون D O، يكون السمك 0.1-0.3 ميكرومتر، ومعدل التآكل 0.08-0.15 مم سنويًا، والسطح رمادي مع مسامية معتدلة. عند 2 جزء في المليون D O، يكون السمك 0.5-1.0 ميكرومتر، ومعدل التآكل 0.03-0.08 مم سنويًا، والسطح رمادي فاتح. عند 5 جزء في المليون D O، يكون السمك 1.0-2.0 ميكرومتر، ومعدل التآكل 0.01-0.03 مم سنويًا، ويكون السطح مشرقًا وواقيًا. عند 10 جزء في المليون D O، يكون السمك 2.0-3.0 ميكرومتر، ومعدل التآكل 0.005-0.015 مم سنويًا، ويكون السطح مشرقًا ومستقرًا.
تأثير درجة الحرارة على متطلبات الأكسجين المذاب
الحد الأدنى DO المطلوب للتخميل المستقر يزداد مع درجة الحرارة. عند 80 درجة، الحد الأدنى DO لطبقة التخميل المستقرة (معدل التآكل<0.02 mm per year) is 1 ppm. At 100°C, the minimum is 2 ppm. At 110°C, the minimum is 3 ppm. At 120°C, the minimum is 4 ppm. At 130°C, the minimum is 5 ppm. The recommended DO for a safety margin is 2–3 times the minimum.
دليل إدارة الأكسجين المذاب لسخانات كربونات البوتاسيوم
يقدم الجدول التالي توصيات لمستويات الأكسجين المذاب في 50% K₂CO₃ عند 110 درجة لسخانات التيتانيوم من الدرجة 2 والدرجة 7.
| قياس DO (جزء في المليون) | استقرار طبقة تيتانات | معدل التآكل المتوقع (مم/سنة) | الإجراء الموصى به |
|---|---|---|---|
| >5 | ممتاز | 0.005–0.015 | لا أحد |
| 3–5 | جيد | 0.01–0.03 | مراقبة أسبوعيا |
| 2–3 | هامشي | 0.03–0.08 | رش الهواء |
| 1–2 | فقير | 0.08–0.15 | زيادة التهوية |
| 0.5–1 | غير مستقر | 0.15–0.30 | إعادة التصميم؛ إضافة مؤكسد |
| <0.5 | غير مستقر للغاية | >0.30 | غير مقبول |
الهندسة وراء التحكم في الأكسجين المذاب
تؤثر درجة التيتانيوم على DO المطلوب. يشكل الصف 7 (البلاديوم-المستقر) طبقة تيتانات مستقرة عند مستويات أقل من DO (1-2 جزء في المليون عند 110 درجة) بسبب تقليل الأكسجين المحفز بالبلاديوم-. يقدم الصف 12 تحسنًا متوسطًا. سمك الجدار يوفر بدل التآكل. جدار 2.0 مم مع 0.03 مم سنويًا يتآكل لمدة 60 عامًا. يؤثر تركيز K₂CO₃ على التخميل؛ عند 40% K₂CO₃، يكون DO المطلوب أقل. إن وجود الكلوريدات في محلول K₂CO₃ (من الشوائب) يزيد من متطلبات DO بمقدار 1-2 جزء في المليون.
صنع مواصفات مستنيرة
بالنسبة لقضيب تسخين التيتانيوم بنسبة 50% K₂CO₃ عند 110 درجة، حافظ على الأكسجين المذاب أعلى من 5 جزء في المليون عن طريق رش الهواء أو حقن الأكسجين. قم بتركيب مسبار DO مع ضبط المنبه على 4 جزء في المليون والتعشيق عند 3 جزء في المليون. بالنسبة للأنظمة الحالية التي تحتوي على DO أقل من 3 جزء في المليون، أضف جهاز رش أو قم بزيادة معدل التهوية. إذا لم تكن التهوية ممكنة، قم بتخفيف K₂CO₃ إلى 40% أو خفض درجة الحرارة إلى 100 درجة. ومن خلال التحكم في الأكسجين المذاب بما يزيد عن 5 جزء في المليون، يعمل المهندس على تعزيز طبقة تيتانات البوتاسيوم الواقية والمستقرة ويقلل من التآكل.
