При избора на устойчив на корозия{0}}титанов нагревател за приложения с морска вода, как стабилността на повърхностния оксиден слой променя дългосрочната-работа?

Metallic immersion heaters are one of the hardest electrolyte medium in sea water. In a chloride rich environment (about 19,000 ppm) in the presence of dissolved oxygen, different pH and biofouling potential most engineering alloys will rapidly degrade. The remarkable corrosion resistance of titanium in seawater is related to the spontaneously produced and thermodynamically stable TiO 2 passive layer, which is usually 2-5 nm thick . But the long term performance of a titanium heating tube in seawater depends not only on the inherent qualities of the base metal but also on the stability of this oxide layer under cyclic thermal and electrochemical stress. If the oxide is stable, it will give you decades of trouble free service. If it is unstable, localized pitting, hydrogen absorption and untimely failure will result. Formation and Destruction Mechanisms of Oxide Films in Marine Service Titanium spontaneously develops a passive layer in contact with oxygenated sea water. Stability is defined by three parameters, the electrochemical potential at the tube surface, the local pH at the metal-fluid interface and the temperature gradient in the sheath. Ideally, if the oxide is mechanically damaged, it will heal itself in seconds. But the difference in thermal expansion between the oxide and the metal substrate leads to micro-strains when a titanium heater is cycled between ambient and severe temperatures (e.g. 25°C to 80°C in a seawater tank). Repeated cycling can generate nano-scale cracks, exposing fresh titanium. If the surrounding seawater has a low level of dissolved oxygen (such as in stagnant areas, or underneath biofilms) repassivation is very slow, and the exposed metal starts to corrode locally. The activity of sulfate reducing bacteria reduces the local pH further to 4-5 and enhances oxide solubility. How heater performance deteriorates with time due to oxide instability The deterioration oxide layer is not leading to rapid failure but it is leading to detectable changes in the behavior of the heater. First, the corrosion potential of the titanium tube (E corr ) shifts from the passive area (typically +0.1 to +0.3 V vs. SCE) to active values (less than -0.3 V vs. SCE). This evolution can be monitored periodically using electrochemical measurements. Second, localised breakdown of the oxide allows access of chloride ions to the metal substrate and induces metastable pitting. Each metastable pit event gives rise to a small current transient which can be measured but has not yet pierced the wall. Third, after the stable pits are produced, the heat transfer area is reduced, thus increasing the local heat flow at the remaining intact oxide. The higher flux raises the temperature of the metal and further deteriorates the oxide in a positive feedback loop. Data from seawater cooled heat exchangers suggests that a 20% drop in the oxide stability (i.e., an increase in the passive current density) corresponds to a 35% loss in the remaining tube life. Oxide Management with a Scenario Based Strategy The following table is a decision guide for selection and maintenance of titanium heaters according to service circumstances in seawater and priorities for oxide stability. Scenario & Main Concern of Seawater UsageProposed Improvement on Oxide Stability Basic Rationale & Change in Performance High flow (>1 m/s), непрекъснато аерирана отворена верига за нагряване на морска вода. Титан клас 2, както е начертан, без приложена повърхностна обработка. Остатъци от естествен оксид. Кислородът е много достъпен. Движението предотвратява стагнацията. Не са необходими повече подобрения. Резервоари с нисък поток или стационарни резервоари за морска вода (докове, нагряване на баластна вода) Анодна пасивация или предварително -оксидирана тръба (топлинен нюанс при 400 C) Дебел изкуствен оксид (до 50 nm) може да оцелее при разпадане при условия на ниско съдържание на кислород. Приема малко по-висока устойчивост на топлина. Периодично биозамърсяване и шоково впръскване на морска вода от хлориране Титан, покрит с благороден метал (паладий, 0,5 µm). Pd ускорява повторното пасивиране на оксиди след излагане на Cl. Променете режима на повреда от точкова към равномерно разтваряне, бърза скорост на изпарение, солена вода (70-90 градуса) Катодна защита на нагревателя (-0,6 V спрямо Ag/AgCl) Стабилност на оксида за сметка на външно напрежение над критична температура. Защитният ток трябва да се проверява от време на време. Проектни фактори за дългосрочна надеждност (допълнителни) Дебелината на стената е по-малко важна от стабилността на оксида в морска вода. Без значение колко е дебела тръбата, всяка тръба с нестабилен оксид ще премине през нея за няколко месеца. Напротив, тръба с добра устойчивост на оксид и тънки стени (0,6 мм) може да продължи години в чиста течаща морска вода. От съществено значение е да се почиства редовно, за да се отстранят биофилмите, да се поддържат нива на разтворен кислород над 5 ppm и да се предотврати катодна свръхзащита (която може да насърчи абсорбцията на водород). Ако избирате титанов нагревател за използване в морска вода, попитайте доставчика за данни от спектроскопия на електрохимичния импеданс (EIS), които показват устойчивостта на пасивния филм в синтетична солена вода при определената работна температура. Водени от спецификация-При избора на устойчив на корозия титанов нагревател за морска вода трябва да се премине от свойствата на обемния метал към свойствата на повърхностния оксид. Тръбите от стандартен клас 2 от естествен оксид се представят ефективно при аерирани приложения с висок поток. Предварително оксидираните или покритията от благородни метали променят режима на повреда от бърз питинг в застояли, горещи или биозамърсени условия до постоянно, предвидимо изтъняване. Комбинирайте контрола на стабилността на оксида с подходящи интервали на почистване и мониторинг на разтворения кислород. Този подход превръща титановия нагревател от пасивен елемент в предвидим компонент с дълъг живот в морска среда.