In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11, силикатът образува непрекъснат, непорест, защитен филм с дебелина 0,5–2 µm. При pH 9, филмът е порест, напукан и не-защитен, позволявайки на хлорид или други агресивни частици да проникнат и да причинят питинг. Разликата произтича от състоянието на полимеризация на силикатните йони. При високо pH силикатът съществува като мономерни SiO₄4⁴⁻ йони, които образуват плътен стъклен филм. При по-ниско pH, силикатът полимеризира в колоидни вериги, които произвеждат пореста, напукана структура.

Механизмът на рН-зависимо образуване на силикатен филм

The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), равновесието благоприятства мономерните йони, които се отлагат като плътен аморфен филм от силициев диоксид. При pH 9–10 йоните полимеризират във верижни -структури, които създават пореста мрежа. Филмът също така включва натриеви йони, образувайки натриево силикатно стъкло. Защитното качество се определя от плътността на филма и липсата на микро-пукнатини.

Количествено качество на филма като функция на pH

Контролираните тестове в 10% Na₂SiO₃ при 80 градуса за 500 часа са установили следното за титан от клас 2. При рН 8 дебелината на филма е 0,1–0,3 µm, порьозността на филма е висока, скоростта на корозия е 0,15–0,30 mm на година и има питинг. При рН 9, дебелината е 0,2–0,5 µm, порьозността е висока, скоростта на корозия е 0,08–0,20 mm на година, а питингът е случаен. При pH 10, дебелината е 0,5–1,0 µm, порьозността е умерена, скоростта на корозия е 0,04–0,10 mm на година и рядко се появяват питтинги. При рН 11, дебелината е 1,0–1,5 µm, порьозността е ниска, скоростта на корозия е 0,02–0,05 mm на година и не се появява питинг. При рН 12, дебелината е 1,5–2,5 µm, порьозността е много ниска, скоростта на корозия е 0,01–0,03 mm на година и не се появява питинг. При рН 13, дебелината е 2,0–3,0 µm, порьозността е много ниска, скоростта на корозия е 0,005–0,015 mm на година и не се появява питинг.

Влияние на температурата върху изискването за pH

Минималното pH, необходимо за защитен филм, се увеличава с температурата. При 60 градуса минималното pH е 10,5, а препоръчителното pH е 11,0. При 80 градуса минимумът е 11,0, а препоръчителният е 11,5. При 100 градуса минимумът е 11,5, а препоръчителният е 12,0. При 120 градуса минимумът е 12,0, а препоръчителният е 12,5. По-високите температури насърчават силикатната полимеризация, изискваща по-високо pH за поддържане на мономерното състояние.

Ръководство за контрол на рН за услуга с натриев метасиликат

Следващата таблица предоставя препоръки за контрол на pH за поддържане на защитен силикатен филм върху титаниеви нагреватели степен 2 в 10% натриев метасиликат при 80 градуса.

Инженерство отвъд контрола на pH

Степента на титан влияе на необходимото pH. Степен 7 (стабилизиран с паладий-) образува защитен силикатен филм при pH 10,5–11,0, малко по-ниско от степен 2. Степен 12 предлага поведение, подобно на степен 2. Дебелината на стената осигурява корозионно покритие, ако филмът не е напълно защитен. Концентрацията на силикат влияе върху образуването на филм; при 5% Na2SiO3 необходимото pH е 11,5. При 15% Na2SiO3 необходимото pH е 10,5. Наличието на хлориди (от примеси) повишава необходимото pH с 0,5–1,0 единици. Разтворът трябва да се наблюдава с pH метър, калибриран за разтвори с високо-pH.

Създаване на информирана спецификация

За титанов потопяем нагревател в 10% натриев метасиликат при 80 градуса поддържайте рН над 11,0 чрез добавяне на натриев хидроксид. Инсталирайте pH контролер с аларма, настроена на 10,8 и блокировка на 10,5. За съществуващи системи с pH под 11, добавете NaOH, за да повишите pH до 11,5. Ако рН не може да се повиши, използвайте титан клас 7 или намалете температурата до 60 градуса. По време на работа проверете повърхността на нагревателя за вдлъбнатини; ако се наблюдават вдлъбнатини, незабавно повишете pH. Като контролира рН над 11, инженерът осигурява образуването на защитен, непорест силикатен филм върху титана.