Quan s'utilitza un escalfador de funda de titani per bullir una solució de tartrat de sodi al 5% a 103 graus, per què els ions de titani complexos d'ions de tartrat impedeixen la repassivació, donant lloc a una corrosió uniforme a 0,2 mm per any?
Deixa un missatge
En tartrat de sodi al 5%, l'ió tartrat (C₄H₄O₆²⁻) és un potent agent quelant per al titani a 103 graus (ebullició). L'atac de picat és causat per clorur i fluorur, però el tartrat condueix a la formació de complexos solubles de tartrat de titani: Ti⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]⁴⁻. La complexació elimina els ions Ti 4+ de la superfície a mesura que es formen i inhibeix la formació d'una pel·lícula passiva estable. Sense una coberta protectora, el titani s'erosionarà uniformement a una velocitat constant de 0,15 a 0,25 mm per any sense picar localitzat. La velocitat de corrosió no és una funció del temps després d'una fase transitòria inicial.
Mecanisme de la corrosió uniforme induïda per tartrat-
L'ió tartrat té diversos grups hidroxil i carboxil capaços de formar anells quelats estables de cinc membres amb Ti 4+ . log K~20). La constant de formació del complex de Ti-tartrat és excepcionalment alta. Això significa que qualsevol Ti⁴⁺ alliberat de la superfície metàl·lica es complexa i es posa ràpidament en solució. La pel·lícula passiva no pot créixer, perquè el producte de solubilitat del TiO2 només es supera a concentracions locals molt elevades de Ti4+. El procés de corrosió es basa en la dissolució directa del metall: Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻, seguida d'una complexació ràpida. Com que no hi ha cap pel·lícula passiva per trencar-se localment, el procés és uniforme.
Taxa de corrosió quantitativa versus concentració de tartrat
Les proves controlades en solucions de tartrat de sodi bullint (103 graus) durant 500 hores han establert el següent per al titani de grau 2. A un 0% de tartrat (aigua pura) la taxa de corrosió és de 0,005 a 0,010 mm/any, la superfície és brillant i el mecanisme és passiu. A l'1% de tartrat, la taxa és de 0,03 a 0,06 mm per any, la superfície mostra un gravat lleuger i el mecanisme es barreja. Amb un 3% de tartrat, la taxa és de 0,08-0,15 mm / any, la superfície mostra un gravat uniforme i la complexació és el procés predominant. Amb un 5% de tartrat, la taxa és de 0,15 a 0,25 mm/any, la superfície és un acabat mat uniforme i el procés és dominant en complexació. 0.20-0.35 mm/any amb un 10% de tartrat, superfície uniformement mat, mecanisme complexació severa.
Efecte del pH i la temperatura sobre la taxa de complexació
La velocitat de complexació i la velocitat de corrosió són una funció del pH i la temperatura. La taxa de corrosió a 60 C, pH 7 i tartrat al 5% és de 0,04-0,08 mm/any. La velocitat a 80 graus i pH 7 és de 0,08-0,15 mm/any. La velocitat és de 0,15 a 0,25 mm/any a 100 graus i pH 7. La velocitat és de 0,10 a 0,18 mm per any a 100 graus i pH 9 (un pH més alt redueix la corrosió). Velocitat a 100 graus, pH 5, 0,20–0,35 mm/any (un pH més baix augmenta la taxa de corrosió). L'energia d'activació és d'uns 50 kJ/mol.
Control de la concentració de tartrat i el pH en escalfadors de titani
La taula següent ofereix les condicions de funcionament recomanades per als escalfadors de titani de grau 2 i grau 7 en solucions de tartrat de sodi.
Concentració de tartrat de sodi (%) Temperatura (graus) pH Grau 2 Taxa de corrosió (mm/any) Taxa de corrosió (mm/any) Grau 7 Recomanació<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 No recomanat Enginyeria més enllà del control de la concentració de tartrat
El grau de titani influeix en la taxa de complexació. Les taxes de corrosió de grau 7 (estabilitzat amb pal·ladi) són un 30-50% més baixes que les de grau 2 en solucions de tartrat, ja que el pal·ladi estabilitza un recobriment passiu prim fins i tot en condicions de complexació. El grau 12 mostra una millora moderada. El gruix de la paret dóna una tolerancia de corrosió de . 2 . 0 mm paret amb 0 . 15 mm/any de corrosió uniforme dura 13 anys. L'acabat superficial té poc efecte sobre la corrosió uniforme. En augmentar el pH a 9 amb hidròxid de sodi, la taxa de corrosió es redueix entre un 30 i un 40 %. Si la temperatura es redueix de 100 graus a 80 graus, la taxa es redueix a la meitat.
Elaboració d'una especificació informada
Per a un escalfador de funda de titani, el mecanisme dominant s'ha de suposar que és una corrosió uniforme en tartrat de sodi al 5% a 103 graus. Utilitzeu titani de grau 7 per reduir la taxa de corrosió a 0,10-0,18 mm per any. Per a una vida útil de 10 a 15 anys, utilitzeu un gruix de paret de 2,0 mm. Augmenteu el pH a 9 (si és possible) amb hidròxid de sodi o baixeu la temperatura a 80C. Durant el funcionament, el gruix de l'escalfador es controla mitjançant mesurament d'ultrasons una vegada a l'any i l'escalfador es substitueix quan el gruix de la paret arriba a 0,5 mm. L'enginyer és conscient que els ions tartrat compliquen els ions de titani i inhibeixen la repassivació, per tant, trien el grau i el gruix de la paret adequats per garantir una corrosió uniforme previsible.
