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 (Na₂S₂O₈) е силен окислител със стандартен редукционен потенциал за S₂O₈²⁻/SO₄²⁻ от 2,01 V, което е по-високо от това на азотната киселина. В случая на титан, персулфатът предизвиква транспасивно разтваряне, а не постоянно пасивиране. При 50 градуса C силният окислителен потенциал премества титановата повърхност в транспасивната зона над 1,8 V срещу конвенционален водороден електрод, където пасивният слой се разпада и титанът се разтваря като Ti 4 + със скорост от 0,2–0,5 mm на година. Транспасивното разтваряне е равномерно, без питинг. Но степента на корозия е твърде висока за повечето приложения.

Механизъм на транспасивното разтваряне, предизвикано от персулфат

Титанът има стабилен пасивен регион между приблизително 0 V и 1,8 V. При потенциали над 1,8 V филмът TiO2 се окислява до разтворими видове Ti 4 +: TiO2 + 2H2O → Ti 4 + + 4OH - + 2e - . Комбинираният потенциал на титан в персулфат, много силен окислител, е 1,7-2,0V. В този диапазон транспасивният ток на разтваряне е голям. Корозията е равномерна, тъй като цялата повърхност е в транспасивната зона. Не се получава локализирано разкъсване, но има постоянно разтваряне на филма.

Концентрации на персулфат Количествена скорост на корозия като функция на

В случай на титан от степен 2, следното е установено при контролирано изпитване в натриев персулфат при 50 градуса за 500 часа. 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. 1% персулфат 0,05-0,12 mm/y 1,2-1,5 V Смесен 3% персулфат Скорост 0,12-0,25 mm/година Потенциал 1,5-1,7 V Механизъм Транспасивно започване При 5% персулфат, скоростта е 0,20-0,40 mm/год, потенциалът е 1,7-1,9 V и механизмът е транспасивен. Скоростта е 0,35–0,60 mm/годишно при 10% персулфат, потенциалът е 1,8–2,0 V и механизмът е силно транспасивен.

Температурен ефект при транспасивен преход

При по-високи температури транспасивната област се измества към по-ниски потенциали. Скоростта на корозия е транспасивна и е 0,10–0,20 mm/година при 25 градуса и 5% персулфат. Расте 0,15–0,30 mm годишно при 40 градуса. Скоростта е 0,20-0,40 mm/година при 50 градуса. Скоростта е 0,30–0,60 mm на година при 60 градуса. Скоростта е повече от 0,50 mm/годишно над 70 градуса. Колкото по-висока е температурата, толкова по-тежко е транспасивното разтваряне.
**Ръководство за избор на материал в персулфатна услуга

Следващата таблица дава препоръки за нагряване на разтвори на натриев персулфат според концентрацията и температурата.

Концентрация на персулфат (%) Температура (градуси) Степен на корозия 2 (mm/година) Скорост на корозия (mm/година) Степен 7 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 0.12–0.25Not recommended for titanium 3–5 30 0.10–0.20 0.06–0.12 Tantalum or PTFE >5 Any >0.20 >0,12 Тантал или PTFE
Титан и други инженерни решения

Скоростите на транспасивно разтваряне на степен 7 са малко по-ниски от степен 2 (30–50% намаление) поради обогатяване с паладий, но подобрението не е достатъчно, за да направи титана подходящ за персулфатно обслужване. Дебелината на стената е дадена за допускане на корозия. С 2,0 mm стена и 0,20 mm на година корозия, стената ще издържи 10 години, но това е пренебрежимо малко. Титаниеви нагреватели с PTFE покритие осигуряват голяма устойчивост и държат метала изолиран от персулфатния разтвор. Танталът показва много по-висок пасивен диапазон и е устойчив на персулфат. Цирконият също работи добре, но е скъп.

Увереност на спецификацията

Предвидената скорост на корозия за титанов потопяем нагревател в 5% натриев персулфат при 50 градуса е 0,20–0,40 mm на година, което е твърде високо за дългосрочна употреба. Използвайте титанов нагревател с PTFE покритие или танталов нагревател. 0.5 mm PTFE Дебелината на стената трябва да бъде 2,5 mm, ако е необходим титан, концентрацията на персулфат трябва да се поддържа на 2%, а температурата на 40 градуса. Проверявайте дебелината на нагревателя веднъж годишно при работа. Когато дебелината на стената е 1,0 мм, сменете нагревателя. Знаейки, че персулфатът е транспасивен разтворител, а не пасиватор, инженерът избира подходящи материали за тази тежка окислителна среда.