Za titanski imerzijski grijač u 5% otopini natrijevog persulfata na 50 stupnjeva, zašto persulfatni ion ne pasivira titan usprkos tome što je jak oksidans, i umjesto toga uzrokuje transpasivno otapanje?

Natrijev persulfat (Na₂S₂O₈) jako je oksidacijsko sredstvo, sa standardnim redukcijskim potencijalom za S₂O₈²⁻/SO₄²⁻ od 2,01 V, što je više od potencijala dušične kiseline. U slučaju titana, persulfat izaziva transpasivno otapanje, a ne trajnu pasivizaciju. Na 50 stupnjeva C, jaki oksidacijski potencijal pomiče površinu titana u transpasivno područje iznad 1,8 V u odnosu na konvencionalnu vodikovu elektrodu, gdje se pasivni sloj raspada i titanij se otapa kao Ti 4 + brzinom od 0,2–0,5 mm godišnje. Transpasivno otapanje je ravnomjerno, bez rupičaste. Ali stopa korozije je previsoka za većinu primjena.

Mehanizam transpasivnog otapanja induciranog persulfatom

Titan ima stabilno pasivno područje između približno 0 V i 1,8 V. Pri potencijalima iznad 1,8 V film TiO2 se oksidira u topljive vrste Ti 4 +: TiO2 + 2H2O → Ti 4 + + 4OH - + 2e - . Kombinirani potencijal titana u persulfatu, vrlo jakom oksidansu, je 1,7-2,0 V. U tom je području transpasivna struja otapanja velika. Korozija je ravnomjerna jer je cijela površina u transpasivnom području. Ne dolazi do lokalizirane rupture, ali postoji stalno otapanje filma.

Koncentracije persulfata Kvantitativna brzina korozije kao funkcija

U slučaju titana stupnja 2, sljedeće je utvrđeno kontroliranim testiranjem u natrijevom persulfatu na 50 stupnjeva tijekom 500 sati. Na 0% persulfata (osnovna linija) stopa korozije je 0,005-0,010 mm/god., površinski potencijal je 0,2-0,5 V, a mehanizam je pasivan. 1% persulfata 0,05-0,12 mm/g 1,2-1,5 V Mješoviti 3% persulfat Brzina 0,12-0,25 mm/god Potencijal 1,5-1,7 V Mehanizam Transpasivna inicijacija Kod 5% persulfata, brzina je 0,20-0,40 mm/god, potencijal je 1,7-1,9 V, a mehanizam je transpasivan. Brzina je 0,35–0,60 mm/god pri 10% persulfatu, potencijal je 1,8–2,0 V, a mehanizam je ozbiljno transpasivan.

Utjecaj temperature na transpasivni prijelaz

Na višim temperaturama transpasivno područje prelazi na niže potencijale. Brzina korozije je transpasivna i iznosi 0,10–0,20 mm/godišnje na 25 stupnjeva i 5% persulfata. Raste 0,15-0,30 mm godišnje na 40 stupnjeva. Brzina je 0,20-0,40 mm/godišnje na 50 stupnjeva. Brzina je 0,30–0,60 mm godišnje na 60 stupnjeva. Stopa je veća od 0,50 mm/god iznad 70 stupnjeva. Što je viša temperatura, to je teže transpasivno otapanje.
**Vodič za odabir materijala za uslugu persulfata

Sljedeća tablica daje preporuke za zagrijavanje otopina natrijevog persulfata prema koncentraciji i temperaturi.

Koncentracija persulfata (%) Temperatura (stupnjevi) Stupanj korozije 2 (mm/godina) Stopa korozije (mm/godina) Stupanj 7 Preporučeni materijal<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 Tantal ili PTFE
Titanium i više od inženjerskih izbora

Transpasivne stope otapanja stupnja 7 nešto su niže od stupnja 2 (smanjenje od 30–50%) zbog obogaćivanja paladijem, međutim poboljšanje nije dovoljno da bi titan bio prikladan za upotrebu s persulfatom. Debljina stjenke navedena je za dopuštenu koroziju. S 2,0 mm stijenke i 0,20 mm godišnje korozije, stijenka će izdržati 10 godina, ali to je zanemarivo. Grijači od titana presvučeni PTFE-om pružaju veliku otpornost i drže metal izoliranim od otopine persulfata. Tantal ima mnogo veći pasivni raspon i otporan je na persulfate. Cirkonij također dobro funkcionira, ali je skup.

Pouzdanost specifikacije

Predviđena stopa korozije za titanski uronjeni grijač u 5 % natrijev persulfat na 50 stupnjeva je 0,20–0,40 mm godišnje, što je previsoko za dugotrajnu upotrebu. Upotrijebite grijač od titana presvučen PTFE-om ili grijač od tantala. 0.5 mm PTFE Debljina stijenke treba biti 2,5 mm, ako je potreban titan, koncentraciju persulfata treba održavati na 2%, a temperaturu na 40 stupnjeva. Tijekom rada jednom godišnje provjerite debljinu grijača. Kada je debljina stijenke 1,0 mm, promijenite grijač. Znajući da je persulfat transpasivni otapač, a ne pasivizator, inženjer odabire prikladne materijale za ovo jako oksidirajuće okruženje.