بالنسبة لسخان التيتانيوم الغاطس في محلول فوق كبريتات الصوديوم بنسبة 5% عند 50 درجة، لماذا لا يخمد أيون فوق الكبريتات التيتانيوم على الرغم من كونه مؤكسدًا قويًا، وبدلاً من ذلك يسبب انحلالًا عابرًا؟
ترك رسالة
فوق كبريتات الصوديوم (Na₂S₂O₈) هو عامل مؤكسد قوي، مع إمكانية الاختزال القياسية لـ S₂O₈²⁻/SO₄²⁻ بمقدار 2.01 فولت، وهو أعلى من حمض النيتريك. في حالة التيتانيوم، يؤدي الكبريتات إلى الذوبان عبر السلبي بدلاً من التخميل المستمر. عند 50 درجة مئوية، تحرك إمكانات الأكسدة القوية سطح التيتانيوم إلى المنطقة العابرة أعلى من 1.8 فولت مقابل قطب الهيدروجين التقليدي، حيث تتحلل الطبقة المنفعلة ويذوب التيتانيوم على شكل Ti 4 + بمعدل 0.2-0.5 ملم سنويًا. يكون الذوبان العابر موحدًا وليس تأليبًا. لكن معدل التآكل مرتفع جدًا بالنسبة لمعظم التطبيقات.
آلية الذوبان العابر الناجم عن الكبريتات
يحتوي التيتانيوم على منطقة سلبية مستقرة بين حوالي 0 فولت و1.8 فولت. عند الإمكانات الأعلى من 1.8 فولت، يتأكسد فيلم TiO2 إلى أنواع Ti 4 + القابلة للذوبان: TiO2 + 2H2O → Ti 4 + + 4OH - + 2e - . الجهد المشترك للتيتانيوم في الكبريتات، وهو مؤكسد قوي جدًا، هو 1.7-2.0 فولت. في هذا النطاق يكون تيار الذوبان العابر كبيرًا. التآكل موحد حيث أن السطح كله يقع في المنطقة العابرة. لا يحدث تمزق موضعي ولكن هناك ذوبان مستمر للفيلم.
تركيزات الكبريتات معدل التآكل الكمي كدالة ل
في حالة التيتانيوم من الدرجة الثانية، تم تحديد ما يلي تحت اختبار خاضع للرقابة في كبريتات الصوديوم عند درجة حرارة 50 لمدة 500 ساعة. عند 0% فوق كبريتات (خط الأساس) يكون معدل التآكل 0.005-0.010 مم/سنة، جهد السطح هو 0.2-0.5 فولت والآلية سلبية . 1% فوق كبريتات 0.05-0.12 مم/سنة 1.2-1.5 فولت مختلط 3% فوق كبريتات معدل 0.12-0.25 مم/عام محتمل آلية 1.5-1.7 فولت البدء عبر السلبي عند 5% من الكبريتات، يكون المعدل 0.20-0.40 مم/عام، والجهد هو 1.7-1.9 فولت، والآلية عابرة. المعدل هو 0.35-0.60 مم/سنة عند 10% كبريتات، الجهد هو 1.8-2.0 فولت والآلية شديدة العبور.
تأثير درجة الحرارة على الانتقال العابر
عند درجات الحرارة المرتفعة، تنتقل المنطقة العابرة إلى إمكانات أقل. معدل التآكل عابر ويتراوح من 0.10 إلى 0.20 مم/سنة عند 25 درجة و5% فوق كبريتات. وينمو بمعدل 0.15-0.30 ملم سنوياً عند درجة حرارة 40 درجة. المعدل 0.20-0.40 ملم/سنة عند 50 درجة. المعدل 0.30-0.60 ملم سنويا عند 60 درجة . المعدل أكثر من 0.50 ملم/سنة فوق 70 درجة. كلما ارتفعت درجة الحرارة، كلما كان الذوبان العابر أكثر خطورة.
** دليل لاختيار المواد في خدمة الكبريتات
يقدم الجدول التالي توصيات لتسخين محاليل فوق كبريتات الصوديوم حسب التركيز ودرجة الحرارة.
تركيز الكبريتات (٪) درجة الحرارة (درجة) درجة 2 معدل التآكل (مم / سنة) معدل التآكل (مم / سنة) درجة 7 المواد الموصى بها<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 0.12–0.25Not recommended for titanium 3–5 30 0.10–0.20 0.06–0.12 Tantalum or PTFE >5 Any >0.20 >0.12 التنتالوم أو PTFE
التيتانيوم وما وراء الخيارات الهندسية
تعد معدلات الذوبان العابر للصف 7 أقل قليلاً من الدرجة 2 (انخفاض بنسبة 30-50٪) بسبب إثراء البلاديوم، ولكن التحسن ليس كافيًا لجعل التيتانيوم مناسبًا لخدمة الكبريتات. يتم إعطاء سمك الجدار لبدل التآكل. مع جدار 2.0 ملم وتآكل 0.20 ملم سنويًا، سيتحمل الجدار 10 سنوات ولكن هذا لا يكاد يذكر. توفر سخانات التيتانيوم المطلية بـ PTFE مقاومة كبيرة وتحافظ على المعدن معزولًا عن محلول الكبريتات. يعرض التنتالوم نطاقًا سلبيًا أعلى بكثير وهو مقاوم للكبريتات. يعمل الزركونيوم أيضًا بشكل جيد، ولكنه مكلف.
الثقة بالمواصفات
معدل التآكل المتوقع لسخان التيتانيوم المغمور في 5٪ من كبريتات الصوديوم عند 50 درجة هو 0.20-0.40 مم سنويًا، وهو مرتفع جدًا للاستخدام على المدى الطويل. استخدم سخان التيتانيوم المطلي بـ PTFE أو سخان التنتالوم . 0.5 مم PTFE. يجب أن يكون سمك الجدار 2,5 مم، إذا كانت هناك حاجة إلى التيتانيوم، يجب الحفاظ على تركيز الكبريتات عند 2٪، ودرجة الحرارة عند 40 درجة. التحقق من سمك السخان مرة واحدة في السنة أثناء التشغيل. عندما يصبح سمك الجدار 1.0 مم، قم بتغيير السخان. مع العلم أن الكبريتات عبارة عن مذيب عابر وليس مادة خاملة، يقوم المهندس باختيار المواد المناسبة لهذه البيئة المؤكسدة الشديدة.
