За титанов потапящ нагревател в 5% разтвор на натриев персулфат при 50 градуса, защо персулфатният йон не пасивира титана, въпреки че е силен окислител, а вместо това причинява транспасивно разтваряне?

Натриевият персулфат (Na 2 S 2 O 8 ) е силен окислител (2,01 V за S 2 O 8 2- / SO 4 2-), по-ефективен от азотната киселина. Персулфатът предизвиква транспасивно разтваряне вместо постоянно пасивиране на титан. При 50 градуса силният окислителен потенциал избутва повърхността на титания към транспасивната област над 1,8 V спрямо типичния водороден електрод, където пасивният филм се разпада и титанът се разтваря като Ti⁴⁺ със скорости от 0,2 до 0,5 mm/година. Транспасивното разтваряне е равномерно, а не точково, но скоростта на корозия е твърде висока за повечето приложения.

Механизъм на индуцирано от персулфат-транспасивно разтваряне

Стабилната пасивна зона за титан е от около 0 V до 1,8 V. При потенциали > 1,8 V, TiO2 листът се окислява допълнително до разтворими видове Ti4+: TiO2 + 2H2O Ti4+ + 4OH- + 2e-. Смесеният потенциал на титан, фиксиран от персулфат, силно силен окислител, при 1,7–2,0 V. Токът за транспасивно разтваряне е важен в този диапазон. Корозията е хомогенна, тъй като цялата повърхност е в транспасивно състояние. Без локално счупване, но непрекъснато разтваряне на филма.

Количествена скорост на корозия спрямо концентрация на персулфат

Следното е установено за титан от клас 2 чрез контролирано изпитване при 50 градуса за 500 часа в натриев персулфат. При 0% персулфат (базова линия) скоростта на корозия е 0,005–0,010 mm/година, повърхностният потенциал е 0,2–0,5 V и механизмът е пасивен. При 1% персулфат скоростта е 0,05-0,12 mm/година, потенциалът е 1,2-1,5 V и механизмът е смесен. 3% Persulfate Rate 0,12-0,25 mm/година Потенциал 1,5-1,7 V Механизъм транспасивно начало. При 5% персулфат, скоростта е 0,20–0,40 mm/год, потенциалът е 1,7–1,9 V, а механизмът е транспасивен. При 10% персулфат, скоростта е 0,35-0,60 mm/год, напрежението е 1,8-2,0 V и механизмът е силно транспасивен.

Влияние на температурата върху транспасивацията

При по-високи температури транспасивната област се измества към по-ниски потенциали. Скоростта на корозия при 25 градуса и 5% персулфат е 0,10–0,20 mm на година и механизмът е транспасивен. При 40 градуса скоростта е 0,15-0,30 mm/година. При 50 градуса скоростта е 0,20–0,40 mm годишно. Скоростта при 60 градуса е 0,30 до 0,60 mm/година. При 70 градуса скоростта е над 0,50 mm на година. Транспасивното разтваряне се засилва при по-високи температури.
**Ръководство за избор на материал за обслужване с персулфат

Следната таблица дава препоръки за нагреватели в разтвори на натриев персулфат в зависимост от концентрацията и температурата.

Степен на корозия степен 2 (mm/година) Температура (градус) Концентрация на персулфат (%) Степен на корозия степен 7 (mm/година) Препоръчителен материал<1 50 0.05–0.10 0.03–0.06 Grade 7 with thick wall 1–3 40 0.08–0.15 0.05–0.10 PTFE-coated titanium 1–3 50 0.12–0.25 0.08–0.15Not recommended for titanium 3–5 30 0.10–0.20 0.06–0.12 Tantalum or PTFE5 Any >0.20 >0,12 Тантал или PTFE
Инженерство Повече от Избор на титан

Скоростите на транспасивно разтваряне за степен 7 са малко по-ниски, отколкото за степен 2 (30–50% намаление) поради обогатяване с паладий, но подобрението не е достатъчно, за да направи титана подходящ за обслужване с персулфат. Дебелината на стената е за защита от корозия. С дебелина на стената от 2,0 mm и степен на корозия от 0,20 mm на година стената ще издържи 10 години, но това е минимално. Титаниеви нагреватели с PTFE покритие държат метала отделен от персулфатния разтвор и осигуряват висока устойчивост. Танталът има много по-широк пасивен диапазон и е устойчив на персулфат. Цирконият също е добър, но е скъп.

2 Създаване на добре информирана спецификация

Скоростта на корозия, очаквана за титанов потопяем нагревател в 5% натриев персулфат при 50 градуса C, е 0,20-0,40 mm на година, което е твърде високо за дългосрочна употреба. Или посочете танталов нагревател или титанов нагревател с PTFE покритие (0,5 mm PTFE слой). Ако се използва титан, ограничете концентрацията на персулфат до 2%, температурата до 40 градуса и дебелината на стената до 2,5 mm. Всяка година проверявайте дебелината на нагревателя при работа. Сменете нагревателя, когато дебелината на стената достигне 1,0 mm. Инженер, който знае, че персулфатът води до транспасивно разтваряне, а не до пасивация, може да избере подходящи материали за такава агресивна окислителна среда.