El dodecil sulfat de sodi (SDS) és un tensioactiu aniònic utilitzat en processos de neteja i industrials. A 70 graus, la seva concentració crítica de micel·les (CMC) és d'aproximadament 0,05-0,1% en pes (500-1.000 ppm). Per sota del CMC, les molècules de tensioactius existeixen com a monòmers i s'adsorbeixen a la superfície de titani, alterant el comportament de la humectació i afavorint la humectació uniforme. Per sobre del CMC, es formen micel·les i la superfície es torna hidròfoba, provocant la deshumectació i la formació de gotes d'electròlits localitzades. Aquestes gotes creen cèl·lules d'aireació diferencial, provocant picats a les vores de les gotes. El patró de corrosió canvia d'un gravat menor uniforme per sota del CMC a picats localitzades greus per sobre del CMC.

El mecanisme de CMC-humectació i corrosió dependents

Els tensioactius s'adsorbeixen a la superfície de titani amb les seves cues hidrofòbiques orientades lluny del metall. A concentracions baixes (per sota de CMC), la capa adsorbida és incompleta i la superfície roman hidròfila, permetent un contacte uniforme dels electròlits. A concentracions per sobre de CMC, es forma una bicapa completa, fent que la superfície sigui hidròfoba. Les gotes d'aigua es formen a la superfície en lloc d'escampar-se. La difusió d'oxigen és més ràpida a través de les vores primes de les gotes que pel centre, creant cèl·lules d'aireació diferencial. El centre de la gota esdevé anòdic i pica, mentre que les vores són catòdiques.

Patró de corrosió quantitativa com a funció de la concentració de SDS

Les proves controlades en SDS al 2% a 70 graus (molt per sobre de CMC) amb diverses dilucions durant 500 hores han establert el següent comportament de corrosió per al titani de grau 2. A una concentració de SDS del 0,02% (per sota de CMC), la superfície es manté hidròfila, la taxa de corrosió és de 0,02 a 0,05 mm per any, la densitat de picat és de 0 a 5 pous per cm² i el gravat és uniforme. Al 0,05-0,08% (a CMC), la superfície passa a hidròfoba, la taxa de corrosió augmenta fins a 0,05-0,10 mm per any, la densitat de picades arriba a 5-20 pous per cm² i apareixen fosses en forma de gota{17}}. A un 0,1-0,5% (sobre CMC), la superfície és totalment hidròfoba, la taxa de corrosió és de 0,08-0,15 mm per any, la densitat de picat és de 20-80 fosses per cm² i les fosses són circulars amb vores elevades. A l'1-2% (concentració d'ús típic), la taxa de corrosió és de 0,10 a 0,20 mm per any, la densitat de picades supera els 80 pous per cm² i es produeixen picades de gotetes greus. Al 5% de SDS, la taxa de corrosió és de 0,15 a 0,30 mm per any i la perforació d'una paret d'1,2 mm es produeix en 4.000 a 8.000 hores.

Influència de la temperatura i el tipus de tensioactiu en la CMC i la corrosió

El CMC disminueix amb l'augment de la temperatura per a SDS. A 30 graus, el CMC és del 0,08 al 0,12% i la taxa de corrosió per sobre del CMC és de 0,05 a 0,10 mm per any. A 50 graus, el CMC és del 0,06 al 0,10% i la taxa és de 0,08 a 0,15 mm per any. A 70 graus, el CMC és del 0,05-0,08% i la taxa és de 0,10-0,20 mm per any. A 90 graus, el CMC és del 0,04 al 0,07% i la taxa és de 0,15 a 0,30 mm per any. Els tensioactius no iònics (per exemple, Triton X-100) no provoquen la mateixa transició hidròfoba i no indueixen la picada de gotes. Els tensioactius catiònics (per exemple, CTAB) poden causar picats encara més greus.

Guia de gestió de la concentració de tensioactius per a escalfadors de titani

La taula següent ofereix recomanacions per a la concentració de SDS en relació amb la CMC per minimitzar la picada en escalfadors de titani de grau 2 a 70 graus.

Enginyeria més enllà del control de la concentració

El grau de titani afecta la resistència a la picada. El grau 7 (estabilitzat amb pal·ladi-) té una resistència 2-3 vegades més gran a la picada de gotes, permetent el funcionament a 2-3 × CMC amb taxes de corrosió acceptables. El grau 12 ofereix una millora intermèdia. El gruix de la paret proporciona un marge de penetració de la fossa; una paret de 2,0 mm amb picats de 0,15 mm per any dura 13 anys. L'orientació de l'escalfador importa; Els escalfadors verticals aboquen les gotes de manera més eficaç que els escalfadors horitzontals, reduint la gravetat de les picades. L'addició d'un agent humectant (per exemple, una petita quantitat de tensioactiu no iònic) pot restaurar el comportament hidròfil fins i tot a concentracions elevades de SDS.

Elaboració d'una especificació informada

Per a un escalfador d'immersió de titani en SDS al 2% a 70 graus (aproximadament 20–40 × CMC), especifiqueu titani de grau 7 i accepteu una taxa de corrosió de 0,08–0,15 mm per any. Per al grau 2, reduïu la concentració de SDS per sota del 0,1% (1–2 × CMC) mitjançant la dilució o utilitzant un tensioactiu alternatiu. Per als escalfadors existents amb picades de gotes, afegiu el 0,1% d'un tensioactiu no iònic (per exemple, Triton X-100) per competir amb l'adsorció de SDS i restaurar la humectació hidròfila. Durant el funcionament, inspeccioneu l'escalfador per detectar fosses circulars característiques amb vores elevades; si la picada supera els 0,2 mm de profunditat, substituïu l'escalfador. En entendre com el CMC modifica el comportament de la humectació, l'enginyer selecciona els graus de titani adequats o ajusta les concentracions de tensioactius per evitar picats localitzats.