Natrijev borat (Na₂B₄O₇) u koncentraciji od 8% i 95 stupnjeva koristi se kao sredstvo za puferiranje i inhibitor korozije. Boratni ioni (B₄O₇²⁻) mogu stvoriti zaštitni film na titanu, ali stabilnost ovog filma ovisi o koncentraciji borata na metalnoj površini. Pod cikličkim zagrijavanjem, temperaturni gradijent preko graničnog sloja uzrokuje migriranje ili taloženje boratnih iona. Razvija se koncentracijski gradijent, s većom koncentracijom borata u hladnijoj otopini i nižom koncentracijom na površini vruće cijevi. Ovaj gradijent destabilizira pasivni film, što dovodi do lokalnog stanjivanja. Pasivni film ostaje stabilan kada koncentracija borata na površini prelazi 2%.

Mehanizam stvaranja gradijenta koncentracije borata

Pod ravnomjernim-stanjem zagrijavanja, boratni ioni difundiraju prema vrućoj površini titana, ali ih toplinska difuzija (Soretov efekt) tjera dalje od vruće površine. Konačni učinak je osiromašeni granični sloj, s koncentracijom borata na površini cijevi 10-30% nižom nego u rasutoj otopini. Tijekom cikličkog zagrijavanja (ciklusi uključeno-isključeno), gradijent koncentracije oscilira. Kada se grijač isključi, površina se hladi, a boratni ioni difundiraju natrag prema površini, uzrokujući privremenu pasivizaciju. Kada se grijač ponovno uključi, gradijent se ponovno -uspostavlja, a površina postaje prazna. Ovo cikličko iscrpljivanje i obnavljanje opterećuje pasivni film, što dovodi do pucanja i pucanja.

Kvantitativna stabilnost pasivnog filma kao funkcija površinske koncentracije borata

Kontrolirano testiranje u 8% natrijevom boratu (nasutna koncentracija) na 95 stupnjeva pod cikličkim zagrijavanjem (1 sat uključeno, 1 sat isključeno) utvrdilo je stabilnost pasivnog filma za titan Grade 2 pri različitim površinskim koncentracijama borata. Pri površinskoj koncentraciji od 4–5% (obogaćen), debljina pasivnog filma je 5–8 nm, film je stabilan i prijanja, a nakon 1000 ciklusa ne dolazi do pojave rupa. Pri 3–4% (gotovo u masi), debljina je 3–5 nm, film je umjereno stabilan, a nakon 500 ciklusa dolazi do povremenih udubljenja. Pri 2–3 % (umjereno iscrpljivanje), debljina je 2–4 nm, film pokazuje pukotine, a udubljenje počinje nakon 200–400 ciklusa. Na 1-2% (osiromašeno), debljina je 1-3 nm, film je nestabilan, a piting se javlja unutar 50-200 ciklusa. Ispod 1%, pasivni film potpuno otkazuje, a ravnomjerna korozija javlja se 0,1–0,3 mm godišnje.

Utjecaj koncentracije borata i frekvencije ciklusa na iscrpljivanje površine

Ozbiljnost površinskog iscrpljivanja ovisi o koncentraciji borata i učestalosti ciklusa. Kod 4% masovnog borata, površinska koncentracija pod cikličkim zagrijavanjem je 2-3%, što je marginalno. Pri 6% mase, površinska koncentracija je 3-4%, što je umjereno stabilno. Pri 8% mase (nominalno), površinska koncentracija je 4-5%, što je stabilno. Pri 10% mase, površinska koncentracija je 5-6%, što je vrlo stabilno. Pri učestalosti ciklusa od 6 ciklusa na sat (10 minuta uključeno, 10 minuta isključeno), površinska koncentracija je 10–20% niža nego kod 2 ciklusa dnevno jer granični sloj nema vremena za oporavak.

Vodič za koncentraciju borata i upravljanje ciklusom za grijače od titana

Sljedeća tablica daje preporuke za koncentraciju borata i parametre ciklusa za održavanje stabilnosti pasivnog filma na titanu Grade 2 na 95 stupnjeva.

Inženjering izvan kontrole koncentracije

Vrsta titana utječe na stabilnost pasivnog filma pod gradijentima koncentracije. Stupanj 7 (stabiliziran-paladijem) održava stabilan film pri površinskim koncentracijama borata do 1,5%, pružajući veću sigurnosnu granicu. Razred 12 nudi srednje poboljšanje. Debljina stijenke ne utječe na pasivni film. Brzina zagrijavanja je važna; sporo povećanje (1 stupanj u minuti) smanjuje gradijent koncentracije u usporedbi s brzim povećanjem (10 stupnjeva u minuti). Miješanje otopine (mikser ili recirkulacijska pumpa) smanjuje koncentracijski gradijent smanjenjem debljine graničnog sloja.

Izrada informirane specifikacije

Za grijač od titanovog omotača u 8% natrijevom boratu na 95 stupnjeva s cikličkim zagrijavanjem, održavajte koncentraciju borata na 8-10% kako biste osigurali površinsku koncentraciju iznad 4% tijekom ciklusa. Ako učestalost ciklusa prelazi 6 ciklusa na sat, povećajte ukupnu koncentraciju na 10%. Za postojeće grijače s pasivnom nestabilnošću filma (na koju ukazuje nestalna potrošnja energije ili piting), dodajte borat da povećate koncentraciju na 10% ili smanjite učestalost ciklusa. Tijekom rada pratite pH; ako pH padne ispod 9, dodajte natrijev hidroksid. Kontroliranjem gradijenta koncentracije borata kroz odgovarajuću koncentraciju mase i smanjenu učestalost ciklusa, inženjer održava stabilan pasivni film na grijačima od titana.