Per a un escalfador de funda de titani instal·lat en un dipòsit de 8% de borat de sodi a 95 graus, com afecta el gradient de concentració de borat a prop de la superfície del tub l'estabilitat de la pel·lícula passiva amb escalfament cíclic?

Un agent amortidor i inhibidor de la corrosió és el borat de sodi (Na₂B₄O₇) a una concentració del 8% i 95 graus. Els ions borat (B4O72−) poden crear una capa protectora sobre el titani, però l'estabilitat d'aquesta pel·lícula depèn de la concentració de borat a la superfície metàl·lica. L'escalfament cíclic fa que els ions de borat migrin o precipitin, impulsats pel gradient de temperatura a través de la capa límit. Així, s'estableix un gradient de concentració amb una concentració de borat més alta a la solució a granel més freda i més baixa a la superfície del tub escalfat. Aquest gradient desestabilitza la pel·lícula passiva i provoca un aprimament regional. La pel·lícula passiva és estable quan la concentració de borat a la superfície és superior al 2%.

Mecanisme de desenvolupament del gradient de concentració de borat

Els ions borat es difonen cap a la superfície calenta de titani durant l'escalfament en estat estacionari, però la difusió tèrmica (efecte Soret) els allunya de la superfície calenta. El resultat net és l'esgotament de la capa límit de manera que la concentració de borat a la superfície del tub és un 10-30% més baixa que a la solució a granel. El gradient de concentració oscil·la durant l'escalfament cíclic (cicles d'encesa-apagada) . A mesura que l'escalfador s'apaga, la superfície es refreda i els ions de borat es difonen de nou a la superfície, donant lloc a una passivació temporal. Quan l'escalfador torna a funcionar, el gradient es restableix i la superfície s'esgota. Aquest esgotament i recuperació repetits posen estrès a la pel·lícula passiva, fent-la trencar i trencar-se.

Estabilitat passiva quantitativa de la pel·lícula respecte a la concentració de borat superficial

Les proves controlades en borat de sodi al 8% (concentració a granel) a 95 graus en escalfament cíclic (1 hora activada, 1 hora apagada) han confirmat l'estabilitat de la pel·lícula passiva del titani de grau 2 a diferents concentracions de borat superficial. El gruix de la pel·lícula passiva per a una concentració superficial del 4-5% (enriquida) és de 5-8 nm, la pel·lícula es manté estable i adherent i no es desenvolupen picades després de 1.000 cicles. A un 3-4% (gairebé a granel) el gruix és de 3-5 nm, el recobriment és raonablement estable i de vegades es desenvolupen picades després de 500 cicles. Al 2-3% (esgotament moderat), el gruix és de 2-4 nm, la pel·lícula es trenca i s'inicia després de 200-400 cicles. 1-2% (esgotada) i la pel·lícula és inestable amb picat en 50-200 cicles, amb un gruix d'1-3 nm. Per sota de l'1%, la pel·lícula passiva es trenca completament i es produeix una corrosió uniforme a 0,1-0,3 mm per any.

Efecte de la concentració de borat i la freqüència del cicle sobre l'esgotament de la superfície

L'extensió de l'esgotament de la superfície depèn del contingut de borat a granel i de la freqüència del cicle. Sota l'escalfament cíclic, la concentració superficial és mínima, 2-3% a 4% de borat a granel. A un 6% a granel, la concentració superficial és del 3-4%, que és moderadament estable. La concentració superficial és del 4-5% (estable) a un 8% del volum (nominal). La concentració superficial és molt estable al 5-6% per a un 10% a granel. A 6 cicles per hora (10 min encès, 10 min apagat) la concentració superficial és un 10-20% més baixa que amb 2 cicles per dia, perquè la capa límit no té temps de recuperar-se.

Escalfadors de titani - Guia de gestió del cicle i concentració de borats

La taula següent conté recomanacions per a la concentració de borat a granel i els paràmetres del cicle per mantenir l'estabilitat de la pel·lícula passiva en titani de grau 2 a 95 graus.

Concentració de borat a granel (%) Freqüència de cicle d'encesa/apagada % de borat Superfície estimada Estabilitat de pel·lícula passiva Acció recomanada
6 <2 cycles/day 3-4 Moderate Acceptable
6 > 6 cicles/hora 2–3 Augment marginal de concentració
8 <2 cycles/day 4-5 Stable Optimal
8 >6 cicles/hora 3-4 Moderada Freqüència de cicle inferior
10 Qualsevol 5–6 Altament estable Preferit per al ciclisme alt
12 Qualsevol 6–7 Molt estable Sobre-especificació no necessària
Enginyeria Sense Control de Concentració

El grau de titani influeix en l'estabilitat de la pel·lícula passiva sota gradients de concentració. El grau 7 (estabilitzat amb pal·ladi) mantindrà una pel·lícula estable a concentracions de borat superficials tan baixes com l'1,5% per a un major marge de seguretat. Millora intermèdia – Grau 12. La pel·lícula passiva no es veu afectada pel gruix de la paret. La velocitat d'escalfament és important. La rampa lenta (1 grau/min) dóna menys gradient de concentració que la rampa ràpida (10 graus/min). L'agitació de la solució (mesclador o bomba de recirculació) redueix el gruix de la capa límit i minimitza el gradient de concentració.

Especificació de confiança

For a titanium sheath heater in 8 % sodium borate at 95 °C with cyclic heating, the bulk borate concentration should be 8–10 % to have a surface concentration >4% durant el ciclisme. Si la freqüència del cicle és superior a 6 cicles per hora, augmenteu la concentració a granel al 10%. Per als escalfadors existents amb inestabilitat de pel·lícula passiva (p. ex., consum d'energia irregular o picadura), augmenteu el contingut de borat al 10% o reduïu la freqüència de cicle. Controleu el pH i afegiu hidròxid de sodi si el pH baixa de 9 durant el funcionament. L'enginyer pot ajustar el gradient de concentració de borat amb una concentració a granel suficient i reduir la freqüència de cicle per garantir una pel·lícula passiva estable als escalfadors de titani.

info-717-483