Per a una barra de calor de titani que funciona en una solució de carbonat de potassi al 50% a 110 graus, com canvia el nivell d'oxigen dissolt (0,5 ppm vs . 5 ppm) l'estabilitat de la capa de passivació de titanat?
Deixa un missatge
Es forma una capa protectora de titanat de potassi (K₂TiO₃) a la superfície de titani en 50% de carbonat de potassi (K₂CO₃) a 110 graus. La formació de titanat depèn de manera crítica de l'oxigen dissolt (DO). A baix DO (0,5 ppm) la capa de titanat és prima (0,1–0,5 µm) i porosa i ofereix una protecció deficient. A alt DO (5 ppm) el recobriment és gruixut (1-3 pm) i dens, la taxa de corrosió disminueix 5-10 vegades. La capa de titanat està formada per la reacció TiO 2 + K 2 O → K 2 TiO 3 on K 2 O es produeix a partir de la descomposició de K 2 CO 3 .
El mecanisme de l'efecte de l'oxigen dissolt sobre la formació de la capa de titanat
L'oxigen és essencial per mantenir la superfície de titani en la condició passiva en què pot créixer TiO_2. El TiO2 reacciona en presència de K2CO3 i forma K2TiO3. Amb una manca d'oxigen, la capa de TiO2 és prima i defectuosa i la capa de K2TiO3 formada és igualment defectuosa. A baix DO, la capa conté esquerdes i porus que permeten una corrosió continuada. A alt DO, la capa augmenta uniformement i es torna protectora. En estat estacionari, la velocitat de corrosió ve determinada pel pas d'oxigen a través de la capa de titanat.
Propietats quantitatives de la capa de titanat com a funció de l'oxigen dissolt
110 graus al 50% de K 2 CO 3 durant 1.000 hores ha demostrat el següent en proves controlades per al titani de grau 2. A 0 ppm de DO (desairejat) el gruix de la capa de titanat és de 0,05–0,1 µm, la taxa de corrosió de 0,15–0,30 mm/any i la superfície porosa fosca. A 0,5 ppm de DO, el gruix és de 0,1-0,3 µm, la taxa de corrosió és de 0,08-0,15 mm/any i la superfície és de color gris amb porositat moderada. El gruix és de 0,5 a 1,0 µm. La taxa de corrosió és de 0,03-0,08 mm per any. La superfície és de color gris clar amb 2 ppm de DO. A 5 ppm DO, el gruix és d'1,0-2,0 µm, la taxa de corrosió és de 0,01-0,03 mm/any i la superfície és brillant i protegida. A 10 ppm DO, el gruix és de 2,0–3,0 µm, la taxa de corrosió és de 0,005–0,015 mm per any i la superfície és brillant i estable.
Influència de la temperatura en la demanda d'oxigen dissolt
Amb l'augment de la temperatura, augmenta el DO mínim necessari per a una passivació estable. El DO mínim a 80 graus per a una capa de passivació estable (taxa de corrosió<0.02 mm per year) is 1 ppm. The minimum is 2ppm at 100°C. At 110°C the minimum is 3ppm. The minimum is at 120 °C (4 ppm). 5 ppm, 130°C. The DO for a safety margin should be 2–3 times the minimum.
Guia per gestionar els nivells d'oxigen dissolt als escalfadors de carbonat de potassi
A la taula següent es donen recomanacions per als nivells d'oxigen dissolt al 50% de K2CO3 a 110 graus per als escalfadors de titani de grau 2 i grau 7.
DO mesurada (ppm) Estabilitat de la capa de titanat Índex de corrosió esperat (mm per any) Acció recomanada:5 Excel·lent 0,005 a 0,015 Cap 3-5Bo 0,01–0,03 Monitor setmanal 2-3 Marginal 0,03-0,08 Aire de dispersió 1-08 Augmenta-0 0,08
0.5 - 1 Inestable 0.15 - 0.30 Redisseny; afegir oxidant<0.5 Very unstable >0,30 No acceptable
Enginyeria més enllà del DO
El grau de titani afecta el DO necessari. El grau 7 (estabilitzat amb pal·ladi) crea una capa estable de titanat a nivells de DO més baixos (1-2 ppm a 110 °C) a causa de la reducció d'oxigen catalitzada per pal·ladi. El nivell de 12è grau és per a perfeccionament intermedi. El gruix de la paret proporciona un marge de corrosió; La corrosió de 0,03 mm/any en una paret de 2,0 mm dura 60 anys. La concentració de K2CO3 influeix en la passivació i s'observa un DO més baix necessari al 40% de K2CO3. La necessitat de DO augmenta en 1-2 ppm a causa de la presència de clorurs en la solució de K 2 CO 3 (a partir d'impureses).
Fer una especulació informada
For titanium heat rod in 50% K₂CO₃ at 110°C, ensure dissolved oxygen >5 ppm per aire comprimit o injecció d'oxigen. Afegiu la sonda DO amb l'alarma configurada a 4 ppm i enclavament a 3 ppm. Per als sistemes existents amb DO < 3 ppm, instal·leu un rociador o augmenteu la velocitat d'aeració. Si l'aireació no és possible, diluïu K2CO3 al 40% o baixeu la temperatura a 100 graus. L'enginyer controla l'oxigen dissolt per sobre de 5 ppm per promoure una capa estable i protectora de titanat de potassi i minimitzar la corrosió.
