За титанов топлинен прът, работещ в 50% разтвор на калиев карбонат при 110 градуса, как нивото на разтворен кислород (0,5 ppm спрямо . 5 ppm) променя стабилността на титанатния пасивиращ слой?

В 50% калиев карбонат (K2CO3) при 110 градуса върху титановата повърхност се образува защитно покритие от калиев титанат (K2TiO3). Разтвореният кислород (DO) е ключов елемент за производството на титанати. При ниско DO (0,5 ppm) титанатният слой е тънък (0,1-0,5 µm) и порест и осигурява неадекватна защита. При високо DO (5 ppm) слоят е по-дебел (1–3 µm) и плътен и намалява скоростта на корозия 5–10 пъти. Титанатният слой се получава чрез реакцията TiO₂ + K₂O → K₂TiO3, K₂O се получава чрез разграждане на K₂CO3.

Влияние на разтворения кислород върху механизма на образуване на титанатен слой

Кислородът е необходим, за да поддържа титановата повърхност в пасивно състояние, за да се развие TiO2. TiO 2 реагира в присъствието на K 2 CO 3, за да генерира K 2 TiO 3 . Кислород-условията с дефицит водят до тънък и дефектен слой от TiO$_2$, а оттам и тънък и дефектен слой от K$_2$TiO$_3$. При ниско DO покритието е напукано и поресто и позволява корозията да продължи. При висок DO слоят расте последователно и е защитен. В стационарно състояние скоростта на корозия се контролира чрез дифузия на кислород през титанатния слой.

Количествени характеристики на титанатния слой като функция на разтворения кислород

Следното е установено за титан клас 2 чрез контролирано изпитване в 50% K2CO3 при 110 градуса. за 1000 часа. При 0 ppm DO (деаериран) дебелината на титанатния слой е 0,05–0,1 µm, скоростта на корозия е 0,15–0,30 mm/година и повърхността е тъмна и пореста. При 0,5 ppm DO дебелината е 0,1-0,3 микрона, скорост на корозия 0,08-0,15 mm/година и повърхността е сива и много пореста. 2 ppm DO Дебелина 0,5-1,0 µm Скорост на корозия 0,03-0,08 mm/година Повърхност Светлосиво Дебелината при 5 ppm DO е 1,0–2,0 µm, скоростта на корозия е 0,01–0,03 mm на година и повърхността е светла и защитена. Повърхността при 10 ppm DO е ярка и стабилна, с дебелина 2,0–3,0 μm и скорост на корозия 0,005–0,015 mm на година.

Ефект на температурата върху потреблението на разтворен кислород

Минималният DO, необходим за стабилна пасивация, се увеличава с температурата. Минималният DO за стабилен пасивиращ слой (скорост на корозия<0.02 mm per year) is 1 ppm at 80°C. Minimum is 2 ppm at 100°C. The minimum at 110°C is 3 ppm. The minimum is 4 ppm at 120 °C. 5 ppm minimum at 130 °C. The DO advised for a safety margin is 2-3 times the minimum.

Ръководство за управление на разтворения кислород в нагревателя на калиев карбонат

Следващата таблица дава насоки за разтворен кислород в 50% K 2 CO 3 при 110 градуса за титаниеви нагреватели от степен 2 и степен 7.

Measured DO (ppm) Stability of Titanate LayerPredicted corrosion rate (mm/year)>Препоръчително действие5 Отлично 0,005-0,015няма 3 до 5Добро 0,01–0,032-3 Незначително 0,03-0,08 Разпръскване на въздух 1-2 Лошо 0,08-0,15 Увеличаване на аерацията Наблюдавайте ежеседмично
0,5–1 Нестабилен 0,15–0,30 Редизайн; добавете окислител<0.5 Very unstable >0,30 Не е приемливо
Инженеринг извън DO контрол

В зависимост от степента на титан, направете според изискванията. Степен 7 (стабилизиран с паладий) генерира стабилен титанатен слой при ниски нива на DO (1-2 ppm при 110oC) от катализирана от паладий кислородна редукция. Степен 12 осигурява умерен напредък. Дебелината на стената дава възможност за корозия; стена от 2,0 мм корозира със скорост 0,03 мм на година и ще оцелее 60 години. Пасивацията се влияе от концентрацията на K₂CO3; при 40% K₂CO3, необходимият DO се намалява. Хлоридите в разтвора на K2CO3 (от примеси) повишават необходимостта от DO с 1-2 ppm.

Изграждане на добре информирана спецификация

За титанов топлинен прът в 50% K2CO3 при 110C Поддържайте разтворения кислород над 5 ppm чрез разпръскване на въздух или вливане на кислород. Инсталирайте DO сонда с аларма при 4 ppm и блокировка при 3 ppm. За съществуващи системи с DO < 3 ppm, добавете разпръсквател или увеличете скоростта на аериране. Ако аерирането не е възможно, разредете K₂CO3 до 40% или намалете температурата до 100 градуса. Чрез регулиране на разтворения кислород над 5 ppm, инженерът е в състояние да произведе стабилен, защитен слой от калиев титанат и да минимизира корозията.