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?

Титаниеви нагреватели работят в малко пасивен режим в 90% мравчена киселина при 100 градуса. Начинът на разграждане на веществото е от решаващо значение за водното съдържание на киселината. При 5% вода (95% мравчена киселина) пасивният филм се разтваря последователно, което води до предвидимо изтъняване с 0,10 – 0,25 mm всяка година. При 10% вода (90% мравчена киселина) химическият състав на повърхността се променя от наличието на допълнителна вода, което позволява локализирано разпадане на филма и започване на стабилен питинг със скорост от 0,5–1,2 mm на година. Превключването от равномерна атака към питинг е рязко, между 7 и 9% вода, и драстично променя режима на повреда и проекцията на оставащия живот на нагревателя.

Механизъм на водно-индуцирания преход от равномерна към точкова корозия

Пасивното покритие върху титан в мравчена киселина се поддържа от адсорбцията на формиатни йони (HCOO-). Водните молекули се конкурират с формиата за места на повърхността. При 5% вода адсорбцията на формат е доминираща и филмът се разгражда по хомогенен начин. При 10% вода по-голямата адсорбция на вода замества формиата и създава локални дефекти в пасивния слой. Подобната на хлорида-агресивност на формиатните йони с висока-концентрация следователно насърчава образуването на ями в тези дефектни места. Веднъж установена яма, киселинната, високо{10}}форматна среда вътре в ямата насърчава размножаването чрез превключване на основния механизъм от равномерно изтъняване към бързо локализирано проникване.

Количествено корозионно поведение при 5% спрямо . 10% вода

Контролирана загуба на тегло и измервания на дълбочината на ямата в комбинации от мравчена киселина/вода при 100 градуса за 500 часа са показали очевидни разлики в поведението. При 5 % вода (95 % мравчена киселина) равномерната скорост на корозия е 0,10–0,25 mm/година. Повърхността показва цялостно ецване без вдлъбнатини, по-дълбоки от 20 μm, а начинът на повреда е предвидимо равномерно изтъняване. Общата скорост намалява до 0,08-0,15 mm/година при 8% вода (92% мравчена киселина), но питингът започва след 200-400 часа експозиция, с дълбочина на пит от 0,1-0,3 mm след 500 часа в смесен режим. При 10% вода (90% мравчена киселина) равномерната скорост намалява допълнително до 0,05-0,10 mm на година, но образуването на ями е тежко, започва в рамките на 50-150 часа и образува ями с дълбочина 0,3-0,8 mm след 500 часа. При 10% вода скоростта на разпространение на ями (0,5-1,2 mm/година) е 5-10 пъти по-висока от равномерното изтъняване при 5% вода.

Ефектът на температурата върху критичното водно съдържание

Работната температура е функция на нивото на водата, при което преобладава питингът. Превключването от еднородна към ямкова е при около 10–12% вода при 80 градуса. Преходът е към 7–9 % вода при 100 градуса. Питингът доминира дори при 6% вода при 110 градуса. По-високата температура ускорява адсорбцията на вода и нестабилността на пасивния слой, следователно намалява критичния праг на водата. При 10% водно съдържание, скоростта на разпространение на ямите се увеличава от 0,2–0,5 mm/годишно при 80 градуса до 0,5–1,2 mm/годишно при 100 градуса.

Ръководство за избор на клас за мравчена киселина и водно съдържание

Максимално допустимото съдържание на вода за титаниеви топлинни пръти от клас 2 и клас 7 при 100 градуса е дадено в таблицата по-долу въз основа на предвидения експлоатационен живот и преобладаващия механизъм на корозия.

Желан експлоатационен живот (години) Максимална вода (%) за степен 2 Максимална вода (%) за степен 7 Доминиращ механизъм Очаквана скорост на проникване (mm/година)5<6 <10 Uniform 0.05–0.15 3–5 6–7 10–12 Mixed 0.15–0.30 1–3 7–8 12–14 Pitting (marginal) 0.30–0.60 <1 >8 >14 Pitting (severe) >0.60
Отвъд Инженеринг за контрол на водното съдържание

Прагът на преход е силно зависим от качеството на титана. Клас 7 (стабилизиран с паладий) може да се използва при 10% вода (90% мравчена киселина) със смесен-режим на корозия. Степен 2 трябва да се поддържа под 7% вода, за да се избегне образуването на костилки. Дебелината на стената предлага толерантност на проникване на дупки. 2.0 mm стена с питинг при 0,6 mm/година преживява 3,3 години. 1.2 mm стена се срутва за 2 години. Добавянето на мравчен анхидрид (1–2%) свързва химически свободната вода, като по този начин намалява ефективното водно съдържание, без да променя концентрацията на киселина. Аерирането на разтвора води до хомогенна корозия вместо питинг, чрез стабилизиране на пасивния филм.

Спецификация-базирана на знания

За титанов топлинен прът в 90% мравчена киселина при 100 градуса обмислете използването на титан клас 7 за безопасна работа в 10% вода с корозия в смесен-режим. Степен 2.-Намалете водното съдържание до по-малко от 7 % чрез дестилация или добавяне на изсушаващи агенти като мравчен анхидрид. Съдържанието на вода да се наблюдава ежеседмично чрез титруване по Карл Фишер; коригиращо действие, ако водата е повече от 8% за степен 2. Чрез регулиране на съдържанието на вода до под критичния праг на преход, инженерът може да промени механизма на корозия от бърза питинг към предсказуема равномерна атака, което позволява надеждно прогнозиране на живота при работа с гореща мравчена киселина.