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?

Титаниевите нагреватели работят в почти -пасивен режим при 100 градуса C в 90% мравчена киселина. Начинът на влошаване на материала се определя решаващо от съдържанието на вода в киселината. При 5% вода (95% мравчена киселина) пасивният филм се разтваря равномерно и предвидимото изтъняване се получава при 0,10–0,25 mm на година. При 10 % вода (90 % мравчена киселина) добавената вода влияе на химията на повърхността, причинявайки локално разпадане на филма и започвайки стабилен питинг със скорост 0,5–1,2 mm/година. Промяната от равномерна атака към питинг е много рязка, между 7 и 9 процента вода, и оказва влияние върху режима на повреда на нагревателя и прогнозата за оставащия живот.

Водо{0}}индуциран преходен механизъм от равномерна към точкова корозия

Пасивният филм върху титан в мравчена киселина се основава на адсорбцията на HCOO- (форматни йони). Молекулите на водата се борят с формиата за местата на повърхността. При 5% вода преобладава формиатната адсорбция и филмът се разтваря равномерно. При 10% вода по-високата водна адсорбция води до изместване на формиата и локални дефекти в пасивния слой. След това хлорид- агресивността на концентрираните формиатни йони води до иницииране на яма в тези дефектни места. Когато се появи яма, киселинното и високо формиатно състояние в ямата допълнително ускорява разпространението. След това доминиращият механизъм се променя от равномерно изтъняване до бързо локализирано проникване.

Количествено корозионно поведение при 5% срещу 10% водно съдържание

Контролираната загуба на тегло и измерванията на дълбочината на ямата са установили различни поведения в смеси от мравчена киселина/вода при 100 градуса за 500 часа. При 5 % вода (95 % мравчена киселина) равномерната скорост на корозия е 0,10–0,25 mm/година. Повърхността показва широко разпространено ецване без вдлъбнатини, по-дълбоки от 20 µm. Режимът на повреда е предвидено равномерно изтъняване. При 8% вода (92% мравчена киселина) равномерната скорост се понижава до 0,08–0,15 mm на година, но питингът започва след 200–400 часа, с дълбочини на вдлъбнатините от 0,1–0,3 mm след 500 часа в смесен режим. С 10% вода (90% мравчена киселина) равномерната скорост намалява допълнително до 0,05–0,10 mm на година, но образуването на ями е силно, започва след 50–150 часа и дава ями с дълбочина 0,3–0,8 mm след 500 часа. При 10% вода скоростта на разпространение на ями (0,5-1,2 mm на година) е 5-10 пъти по-висока от равномерното изтъняване при 5% вода.

Температурна зависимост на критичното водно съдържание

Водното съдържание, при което питингът става доминиращ, зависи от работната температура. Преминаването от еднородна към ямкова е приблизително 10-12% вода при 80 градуса. При 100 С преходът се измества към 7-9 % вода. Дори при 6% вода питингът доминира при 110 градуса. При по-високи температури адсорбцията на вода и нестабилността на пасивния филм са по-бързи. Поради това критичният воден праг намалява. При фиксирано водно съдържание от 10%, повишаването на температурата от 80 градуса до 100 градуса увеличава скоростта на разпространение на ями от 0,2–0,5 mm годишно −1 до 0,5–1,2 mm годишно −1 .

Ръководство за избор на водно съдържание и степен на мравчена киселина

Следващата диаграма показва максимално допустимото съдържание на вода за титанови топлинни пръти от степен 2 и степен 7 при 100 градуса в зависимост от очаквания експлоатационен живот и доминиращия механизъм на корозия.

Desired Service Life (years) Max Water (%) for Grade 2 Max Water (%) for Grade 7 Dominant Mechanism Expected Penetration Rate (mm/year) >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
Инженерство, различно от контролиране на водното съдържание

Степента на титан променя преходния праг доста много. При 10% вода (90% мравчена киселина) клас 7 (стабилизиран с паладий) може да се използва със смесен режим на корозия. Степен 2 трябва да се използва със съдържание на вода под 7%, за да се предотврати образуването на ямки. Дебелината на стената предлага толерантност на проникване, стена от 2,0 mm с питинг при 0,6 mm на година оцелява 3,3 години, докато стена от 1,2 mm се поврежда за 2 години. Добавянето на мравчен анхидрид (1–2%) свързва химически свободната вода, намалявайки ефективното водно съдържание, без да променя концентрацията на киселина. Аерирането на разтвора насърчава хомогенна корозия, а не питинг чрез стабилизиране на пасивния филм.

Уточняване със знания

За титанов топлинен прът в 90% мравчена киселина при 100 градуса. Изберете титан клас 7, ако искате сигурно да работите при 10% вода със смесен-режим на корозия. Степен 2 трябва да има водно съдържание, намалено до по-малко от 7% чрез дестилация или чрез добавяне на изсушаващи агенти като мравчен анхидрид. Водно съдържание – седмично чрез титруване по Карл Фишер. Ако > 8% за степен 2, вземете коригиращи мерки. Подходът на инженера е да поддържа съдържанието на вода под критичния праг на преход, измествайки механизма на корозия от бърза питинг към предсказуема равномерна атака и по този начин позволява точно прогнозиране на живота при работа с гореща мравчена киселина.