عند استخدام سخان غمد التيتانيوم لغلي محلول طرطرات الصوديوم بنسبة 5% عند درجة حرارة 103 درجة مئوية، لماذا يقوم أيون طرطرات بتركيب أيونات التيتانيوم ومنع إعادة التخميل، مما يؤدي إلى تآكل موحد عند 0.2 مم سنويًا؟
ترك رسالة
في 5% طرطرات الصوديوم، أيون الطرطرات (C₄H₄O₆²⁻) هو عامل خالب قوي للتيتانيوم عند 103 درجة (الغليان). يحدث هجوم التنقر بسبب الكلوريد والفلورايد، لكن الطرطرات تؤدي إلى تكوين مجمعات طرطرات التيتانيوم القابلة للذوبان: Ti⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]⁴⁻. يزيل التعقيد أيونات Ti 4+ من السطح عند تكوينها ويمنع تكوين فيلم سلبي مستقر. بدون غطاء واقي، سوف يتآكل التيتانيوم بشكل موحد بمعدل ثابت قدره 0.15 - 0.25 ملم سنويًا دون أي تأليب موضعي. معدل التآكل ليس دالة للوقت بعد مرحلة انتقالية أولية.
آلية طرطرات-التآكل الموحد المستحث
يحتوي أيون الطرطرات على عدة مجموعات هيدروكسيل وكربوكسيل قادرة على تكوين حلقات مستخلبة مستقرة مكونة من خمس أعضاء مع Ti 4+ . log K~20). ثابت التكوين لمركب طرطرات Ti- مرتفع بشكل استثنائي، وهذا يعني أن أي Ti⁴⁺ يتم إطلاقه من سطح المعدن يكون معقدًا ويتم أخذه على الفور إلى المحلول. لا يمكن للفيلم السلبي أن ينمو، لأن ناتج الذوبان لـ TiO2 يتم تجاوزه فقط عند التركيزات المحلية العالية جدًا من Ti4+.. تعتمد عملية التآكل على الذوبان المباشر للمعدن: Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻، متبوعًا بالتعقيد السريع. نظرًا لعدم وجود فيلم سلبي يمكن تكسيره محليًا، تكون العملية موحدة.
معدل التآكل الكمي مقابل تركيز الطرطرات
أثبتت الاختبارات الخاضعة للرقابة في محاليل طرطرات الصوديوم المغلية (103 درجة) لمدة 500 ساعة ما يلي بالنسبة للتيتانيوم من الدرجة الثانية. عند 0% طرطرات (ماء نقي) يكون معدل التآكل 0.005-0.010 مم/سنة، ويكون السطح لامعًا والآلية سلبية. عند 1% طرطرات، يكون المعدل 0.03-0.06 ملم سنويًا، ويظهر السطح نقشًا خفيفًا وتكون الآلية مختلطة. عند 3% طرطرات يكون المعدل 0.08-0.15 ملم/سنة، ويظهر السطح نقشًا موحدًا والتعقيد هو العملية السائدة. مع 5% طرطرات، يكون المعدل 0.15-0.25 ملم/عام، والسطح ذو تشطيب غير لامع موحد، والعملية هي التعقيد السائد. 0.20-0.35 ملم/عام عند 10% طرطرات، والسطح غير لامع بالتساوي، وآلية التعقيد الشديد.
تأثير الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة على معدل التعقيد
يعتمد معدل التعقيد ومعدل التآكل على الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة. معدل التآكل عند 60 درجة مئوية، ودرجة الحموضة 7 و5٪ طرطرات هو 0.04-0.08 ملم / سنة. المعدل عند 80 درجة ودرجة الحموضة 7 هو 0.08-0.15 ملم/سنة. المعدل هو 0.15 إلى 0.25 ملم / سنة عند 100 درجة ودرجة الحموضة 7. المعدل هو 0.10-0.18 ملم سنويا عند 100 درجة ودرجة الحموضة 9 (درجة الحموضة الأعلى تقلل من التآكل). معدل عند 100 درجة، الرقم الهيدروجيني 5، 0.20-0.35 ملم / سنة (انخفاض الرقم الهيدروجيني يزيد من معدل التآكل). طاقة التنشيط حوالي 50 كيلوجول/مول.
السيطرة على تركيز طرطرات ودرجة الحموضة في سخانات التيتانيوم
يوضح الجدول التالي ظروف التشغيل الموصى بها لسخانات التيتانيوم من الدرجة 2 والدرجة 7 في محاليل طرطرات الصوديوم.
تركيز طرطرات الصوديوم (٪) درجة الحرارة (درجة) الرقم الهيدروجيني الصف 2 معدل التآكل (مم / سنة) معدل التآكل (مم / سنة) الصف 7 توصية<1 100 7 0.03–0.06 0.02–0.04 Acceptable 1–3 80 7 0.05–0.10 0.03–0.06 Acceptable 3–5 80 7 0.08–0.15 0.05–0.10 Use Grade 7 3–5 100 7 0.15–0.25 0.10–0.18 Use Grade 7 + thick wall
5-10 100 9 0.10-0.18 0.06-0.12 pH increase >10 Any Any >0.20 >0.12 لا يُنصح بالهندسة التي تتجاوز التحكم في تركيز الطرطرات
تؤثر درجة التيتانيوم على معدل التعقيد. تكون معدلات التآكل من الدرجة 7 (البلاديوم المستقر) أقل بنسبة 30-50% من معدلات التآكل من الدرجة 2 في محاليل الطرطرات، حيث يعمل البلاديوم على تثبيت الطبقة السلبية الرقيقة حتى في ظل الظروف المعقدة. يظهر الصف 12 تحسنا معتدلا. سمك الجدار يعطي سماح تآكل . 2 . 0 ملم للجدار مع 0 . 15 ملم / سنة تآكل منتظم يستمر 13 سنة. تشطيب السطح له تأثير ضئيل على التآكل الموحد. وبزيادة الرقم الهيدروجيني إلى 9 باستخدام هيدروكسيد الصوديوم، ينخفض معدل التآكل بنسبة 30-40%. إذا تم تخفيض درجة الحرارة من 100 درجة إلى 80 درجة، فسيتم خفض المعدل إلى النصف.
تطوير مواصفات مستنيرة
بالنسبة لسخان غمد التيتانيوم، ينبغي افتراض أن الآلية السائدة هي تآكل منتظم في 5% طرطرات الصوديوم عند 103 درجة. استخدم التيتانيوم من الدرجة 7 لخفض معدل التآكل إلى 0.10-0.18 ملم سنويًا. لمدة خدمة تتراوح من 10 إلى 15 عامًا، استخدم سمك جدار يبلغ 2.0 مم. ارفع الرقم الهيدروجيني إلى 9 (إن أمكن) باستخدام هيدروكسيد الصوديوم أو اخفض درجة الحرارة إلى 80 درجة مئوية. أثناء التشغيل، يتم مراقبة سمك السخان عن طريق قياس الموجات فوق الصوتية مرة واحدة سنويًا ويتم استبدال السخان عندما يصل سمك الجدار إلى 0.5 مم. يدرك المهندس أن أيونات الطرطرات تؤدي إلى تعقيد أيونات التيتانيوم وتمنع إعادة التخميل، ولذلك يختارون الدرجة المناسبة وسمك الجدار لضمان تآكل موحد يمكن التنبؤ به.
