Когато нагревател от титанова обвивка се използва за кипене на 5% разтвор на натриев тартарат при 103 градуса, защо тартаратният йонен комплекс комплексира титаниеви йони и предотвратява повторното пасивиране, което води до равномерна корозия при 0,2 mm на година?

В 5% натриев тартарат тартаратният йон (C₄H₄O₆²⁻) е мощен хелатиращ агент за титан при 103 градуса (кипене). Питинг атаката се причинява от хлорид и флуорид, но тартаратът води до образуването на разтворими комплекси от титанов тартарат: Ti4⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]4⁻. Комплексообразуването премахва Ti 4+ йони от повърхността, докато се образуват, и инхибира образуването на стабилен пасивен филм. Без защитно покритие, титанът ще ерозира равномерно с постоянна скорост от 0,15 – 0,25 mm на година, без локализирана питинг. Скоростта на корозия не е функция на времето след първоначалната преходна фаза.

Механизъм на тартарат-индуцирана равномерна корозия

Тартаратният йон има няколко хидроксилни и карбоксилни групи, способни да образуват стабилни петчленни хелатни пръстени с Ti 4+ . log K~20). Константата на образуване за Ti-тартаратния комплекс е изключително висока. Това означава, че всеки Ti⁴⁺, освободен от повърхността на метала, се комплексира и незабавно се приема в разтвор. Пасивният филм не може да расте, тъй като продуктът на разтворимост на TiO2 се превишава само при много високи локални концентрации на Ti4+.. Процесът на корозия се основава на директното разтваряне на метала: Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻, последвано от бързо комплексообразуване. Тъй като няма пасивен филм, който да се разгражда локално, процесът е еднакъв.

Количествена скорост на корозия спрямо концентрация на тартарат

Контролирани тестове в кипящи разтвори на натриев тартарат (103 градуса) в продължение на 500 часа са установили следното за титан от степен 2. При 0% тартарат (чиста вода) скоростта на корозия е 0,005–0,010 mm/год, повърхността е светла и механизмът е пасивен. При 1% тартарат скоростта е 0,03–0,06 mm на година, повърхността показва леко ецване и механизмът е смесен. При 3% тартарат скоростта е 0,08–0,15 mm/година, повърхността показва равномерно ецване и комплексообразуването е преобладаващият процес. С 5% тартарат скоростта е 0,15–0,25 mm/година, повърхността е с равномерен матов завършек и процесът е доминантно образуване на комплекси. 0.20-0.35 mm/годишно при 10% тартарат, повърхността е равномерно матирана, механизъм на силно комплексообразуване.

Ефект на рН и температура върху скоростта на образуване на комплекс

Скоростта на комплексообразуване и скоростта на корозия са функция на pH и температурата. Скоростта на корозия при 60 C, pH 7 и 5% тартарат е 0,04-0,08 mm/год. Скоростта при 80 градуса и pH 7 е 0,08-0,15 mm/год. Скоростта е 0,15 до 0,25 mm/година при 100 градуса и pH 7. Скоростта е 0,10–0,18 mm на година при 100 градуса и pH 9 (по-високото pH намалява корозията). Скорост при 100 градуса, pH 5, 0,20–0,35 mm/година (по-ниското pH увеличава скоростта на корозия). Енергията на активиране е около 50 kJ/mol.

Контрол на концентрацията на тартарат и рН в титаниеви нагреватели

Следващата таблица дава препоръчителните работни условия за титаниеви нагреватели степен 2 и степен 7 в разтвори на натриев тартарат.

Концентрация на натриев тартарат (%) Температура (градус) pH Степен 2 Скорост на корозия (mm/год) Скорост на корозия (mm/година) Степен 7 Препоръка<1 100 7 0.03–0.06 0.02–0.04 Acceptable 1–3 80 7 0.05–0.10 0.03–0.06 Acceptable 3–5 80 7 0.08–0.15 0.05–0.10 Use Grade 7 3–5 100 7 0.15–0.25 0.10–0.18 Use Grade 7 + thick wall
5-10 100 9 0.10-0.18 0.06-0.12 pH increase >10 Any Any >0.20 >0,12 Не се препоръчва Инженеринг отвъд контрола на концентрацията на тартарат

Степента на титан влияе на скоростта на комплексообразуване. Степента на корозия от степен 7 (стабилизирана с паладий) е с 30-50% по-ниска от тази на степен 2 в тартаратни разтвори, тъй като паладият стабилизира тънко пасивно покритие дори при условия на комплексообразуване. Степен 12 показва умерено подобрение. Дебелината на стената дава допустима корозия . 2 . 0 mm стена с 0 . 15 mm/година, равномерната корозия продължава 13 години. Повърхностното покритие има малък ефект върху равномерната корозия. Чрез повишаване на pH до 9 с натриев хидроксид скоростта на корозия се намалява с 30–40 %. Ако температурата се понижи от 100 градуса на 80 градуса, тогава скоростта се намалява наполовина.

Разработване на информирана спецификация

За нагревател с титанова обвивка доминиращият механизъм трябва да се приеме, че е равномерна корозия в 5% натриев тартарат при 103 градуса. Използвайте титан клас 7, за да намалите скоростта на корозия до 0,10–0,18 mm на година. За експлоатационен живот от 10 до 15 години използвайте дебелина на стената от 2,0 mm. Повишете pH до 9 (ако е възможно) с натриев хидроксид или намалете температурата до 80C. По време на работа дебелината на нагревателя се следи с ултразвук веднъж годишно и нагревателят се сменя, когато дебелината на стената достигне 0,5 mm. Инженерът е наясно, че тартаратните йони усложняват титаниевите йони и възпрепятстват повторното пасивиране, поради което те избират правилния клас и дебелина на стената, за да осигурят предсказуема равномерна корозия.