За титаниев топлинен прът, използван за повторно нагряване на 90% мравчена киселина при 100 градуса, как съдържанието на вода (5% срещу . 10%) измества корозионния механизъм от равномерно нападение към питинг?

100 градуса 90 % Мравчена киселина (HCOOH) Пасивираща редуцираща среда за титан, но само в незначителна степен. Корозионното поведение е силно повлияно от водната концентрация на киселината. При 5% вода (95% мравчена киселина) разтворът е силно редуциран и титанът корозира равномерно със скорост 0,1–0,3 mm на година. При 10 % вода (90 % мравчена киселина) допълнителната вода променя химията на разтвора, повишавайки концентрацията на хидрониеви йони (H 3 O + ) и променяйки стабилността на пасивния филм. Питингът е основният механизъм със скорост на разпространение на питинг от 0,5 до 1,5 mm на година, 5 пъти по-бързо от равномерното нападение. Промяната е донякъде рязка, настъпваща при 7 и 9 % водно съдържание.

Механизмът на водно-индуцирания преход от равномерна към точкова корозия

Адсорбцията на формиатни йони (HCOO-) стабилизира пасивния филм върху титан в мравчена киселина. Форматът се конкурира с водата за местата на повърхностна адсорбция. При 5% вода филмът се разтваря равномерно и формиатът е доминиращият адсорбиран вид. 10% вода. Тъй като адсорбцията на вода се повишава, локализирано разрушаване на филма възниква при дефекти като граници на зърна или интерметални частици. След иницииране на яма, високата агресивност на формиатните йони, които действат подобно на хлоридите в концентрирана форма, се натрупва в ямата и ускорява разпространението. Преминаването се случва, когато водното покритие на повърхността достигне решаваща стойност от около 30%.

Количествени скорости и механизми на корозия като функция на водното съдържание

Контролираните тестове установиха разнообразното корозионно поведение на титан от клас 2 в разтвори на мравчена киселина/вода при 100 градуса за 500 часа. С 2% вода (98% мравчена киселина) скоростта на корозия е хомогенна, 0,20–0,40 mm/годишно, без хлътване и с равномерно надраскана повърхност. Равномерната скорост при 5% вода (95% мравчена киселина) пада до 0,10–0,25 mm на година и плитки ями,<20 µm, form in the transition zone, but only sporadically. The rate is uniform 0.08-0.15 mm/yr at 8% water (92% formic acid), pitting occurs after 200-400 hr and pit depth reaches 0.1-0.3 mm after 500 hr. At 10% water (90% formic acid), the uniform corrosion rate is further reduced to 0.05–0.10 mm/year but rapid pitting begins in 50–150 hours, with pit depths of 0.3–0.8 mm after 500 hours, therefore pitting is the primary failure mechanism. The uniform corrosion rate at 15% water (85% formic acid) is 0.03–0.08 mm/year. However, substantial pitting is observed in 20–80 hours, with pit depths of 0.5–1.2 mm after 500 hours.

Ефекти на температурата и концентрацията на мравчена киселина върху водното съдържание на прехода

Потвърдена е температурната зависимост на водното съдържание при прехода от равномерна корозия към питинг. При 80 градуса доминиращият вид корозия е равномерна корозия (95% мравчена киселина, 5% вода) със скорост 0,05-0,10 mm/година. Равномерната скорост на корозия в 95% мравчена киселина при 100 градуса продължава при 0,10–0,25 mm/година. Смесена корозия се наблюдава при 100 градуса с 92% мравчена киселина (8% вода) със скорост от 0,15-0,30 mm на година като растеж на яма. Питинг, доминиращ при 0,20–0,50 mm/годишно, се наблюдава при 80 градуса с 90% мравчена киселина (10% вода). При 100 градуса с 90% мравчена киселина скоростта на питинг се ускорява до 0,50-1,20 mm / година. Питинг при 100 градуса с 85% мравчена киселина (15% вода) е 1,00 до 2,00 mm/годишно. Необходимото съдържание на вода за преминаване към питинг намалява с повишаването на температурата.

Ръководство за контрол на водното съдържание на нагревателя за мравчена киселина

Следващата таблица дава максимално допустимото съдържание на вода в мравчена киселина за титанови нагреватели от степен 2 и степен 7 при 100 градуса за конкретен експлоатационен живот и приемлив механизъм на корозия.

Желан експлоатационен живот (години) Работна температура (градуси) Максимално допустима вода (%) за степен 2 Максимално допустима вода (%) за степен 7 Доминиращ механизъм5 80<8 <12 Uniform >3 100 <6 <10 Uniform 2-3 100 6-7 10-12 Mixed (acceptable) 1-2 100 7-8 12-14 Pitting (marginal for Grade 7)
<1 100 >8 >14 Тежък питинг
Отвъд контрола на водното съдържание

Степента на титан има голямо влияние върху съдържанието на преходна вода. Степен 7 (паладий-стабилизиран) избутва равномерния-към-преход до 10-12% вода, което позволява безопасна работа при 90% мравчена киселина (10% вода). Междинно подобрение на клас 12. Дебелината на стената не предотвратява питинг, но дава допустима корозия. Например, дебелина на стената от 2,0 mm с питинг при 0,5 mm / година издържа 4 години. Чистотата на мравчената киселина е важна. Примеси, като хлориди < 10 ppm или сулфати < 50 ppm, намаляват съдържанието на преходна вода с 2-3%. Аерирането (разтворен кислород) предизвиква по-скоро хомогенна корозия, отколкото питинг, а обезвъздушаването намалява водното съдържание, при което се извършва преходът.

Писане на добре-информирана спецификация 2.

За титанов топлинен прът в 90% мравчена киселина (10% вода) при 100 градуса работи в равномерен или смесен режим, като се използва титан от степен 7. Степен 2: Отстранете водата до по-малко от 7% чрез дестилация или с безводна мравчена киселина. За съществуващи нагреватели от клас 2 в 90% мравчена киселина добавете 1 до 2% мравчен анхидрид или оцетен анхидрид, за да свържете водата химически и да намалите свободната вода до по-малко от 6%. По време на работа съдържанието на вода се наблюдава всяка седмица чрез титруване по Карл Фишер и се добавя изсушаващ агент или безводната киселина се разрежда, ако водното съдържание достигне 7% (степен 2) или 10% (степен 7). Инженерът, като поддържа съдържанието на вода под решаващото ниво на преход, променя механизма на корозия от бърза питинг към равномерна атака и така удължава живота на нагревателя при работа с гореща мравчена киселина.