U grijaču od titanijskog omotača koji je podvrgnut svakodnevnom čišćenju s 10% fosfornom kiselinom na 80 stupnjeva, kako kvaliteta vode za ispiranje (iz slavine u odnosu na deioniziranu) utječe na kinetiku repasivacije i kasniju pojavu rupa tijekom rada?

Grijači s omotačem od titana izloženi su izmjeničnim korozivnim uvjetima i uvjetima ispiranja u industrijskim procesima sa dnevnim ciklusima čišćenja upotrebom 10% fosforne kiseline na 80 stupnjeva. Kvaliteta vode za ispiranje između ciklusa čišćenja važna je za određivanje kinetike repasivacije površine titana. Za brzu repasivaciju koristi se deionizirana voda otpornosti veće od 1 MΩ·cm, a stabilan pasivni film nastaje za 10-30 minuta. Prisutnost klorida (prosječne koncentracije u vodi iz slavine su 50-200 ppm) i drugih iona u vodi usporava repasivaciju, što rezultira produljenjem vremena do razvoja stabilnog sloja, u rasponu od 2 do 6 sati. Štoviše, adsorbirani kloridi ostaju na površini i djeluju kao mjesta za početak pitinga u kasnijoj upotrebi. Karakter vode za ispiranje ima izravan utjecaj na gustoću jama i vijek trajanja grijača.

Učinak vode za ispiranje na kinetiku repasivacije

Izloženost 10% fosfornoj kiselini ostavlja površinu titana u aktivnom ili polu-pasivnom stanju. Ispiranje eliminira kiselinu, ali također kontrolira kemijski sastav otopine u kojoj se odvija repasivacija. Čisto okruženje niske-vodljivosti deionizirane vode omogućuje ravnomjeran rast titanskog pasivnog sloja. Odsutnost neprijateljskih iona omogućuje stvaranje gustog stehiometrijskog sloja TiO₂. Ioni klorida dodaju se vodi iz slavine koji se vežu za površinu titana i natječu se s kisikom za adsorpcijska mjesta. Kloridi usporavaju rast pasivnog sloja i sami se mogu zarobiti ispod oksida koji se razvija, ostavljajući slabe točke koje će biti početna mjesta za piting pri vraćanju u rad grijača. Vrijeme repasivacije je vrijeme potrebno da gustoća struje korozije padne ispod 1 µA/cm² nakon ispiranja.

Kvantitativna vremena repasivacije i stope pitinga za različite kvalitete vode za ispiranje

Controlled testing of Grade 2 titanium coupons, immersed for 1 hr daily in 10% phosphoric acid at 80°C, followed by a 15-min rinse and then immersion in 3% NaCl at 60°C to replicate service, has established the following behaviour over 30 cycles. Repassivation time: 10-30 min with deionised water rinse of 18 MΩ·cm resistivity. Passive film thickness: 3-5 nm after 1 hour. Pitting density in future service: 0-5 pits per cm². Maximum pit depth after 500 hours: 0-20 μm. This is considered a good performance. The repassivation period is 30-90 min, the film thickness is 2-4 nm after 1 hr, pitting density is 5-20 pits/cm2 and pit depth is 20-80 um with softened tap water of 10,000 Omega.cm resistivity and 20 ppm chloride. This is good performance. For ordinary tap water (2,000 Ω .cm resistivity, 100 ppm chloride), repassivation duration is 1–3 h, film thickness is 1–3 nm after 1 h, pitting density is 20–80 pits per cm2, and pit depth is 80–200 µm, moderate to poor. Using hard tap water (resistivity 500 Ω.cm, chloride 200 ppm) the repassivation duration is 3-6 hours, film thickness 1-2 nm after 1 hour, pitting density >80 pits/cm2 and pit depth >200 µm, što je neprihvatljiva izvedba.

Utjecaj vremena ispiranja i temperature na kvalitetu repasivacije

Učinkovitost ispiranja ovisi o parametrima ispiranja i kvaliteti vode. Na primjer, 5-minutno ispiranje deioniziranom vodom proizvodi 80% repasivacije postignute ispiranjem od 30 minuta. Čak i korištenjem vode iz slavine sa 100 ppm klorida, 60-minutno ispiranje ne osigurava istu razinu repasivacije kao 10-minutno ispiranje deioniziranom vodom. Temperatura ispiranja također je važna. Za deioniziranu vodu i vodu iz slavine, toplo ispiranje na 40 stupnjeva poboljšava kinetiku repasivacije za 30–50% u usporedbi s hladnim ispiranjem na 20 stupnjeva. Međutim, topla voda iz slavine može koncentrirati kloride kada se osuši i pogoršati situaciju. Završno prskanje deionizirane vode nakon primarnog ispiranja korisno je za sve kvalitete vode.

Operacija čišćenja fosfornom kiselinom Vodič za odabir kvalitete vode za ispiranje

Sljedeća tablica daje preporuke za kvalitetu vode za ispiranje u dnevnim ciklusima čišćenja s 10%-tnom fosfornom kiselinom na 80 stupnjeva na temelju željene otpornosti na udubljenje i životni vijek u sljedećim uslugama koje sadrže-klorid.

Željena gustoća udubljenja (pits/cm2) nakon 500 sati Maksimalno dopušteni klorid u vodi za ispiranje (ppm) Minimalna preporučena otpornost vode za ispiranje (Ohm-cm) Preporučeno trajanje ispiranja (minute) Završno ispiranje je potrebno<5 <10 >100,000 15 Da (DI sprej)
5-20 10-50 10 000-100 000 20 Preporučeno
20–80 50–150 1,000–10,000 30 Recommended >80 >150 <1,000 60+ Not effective Engineering Beyond Rinse Water Quality Control

Vrsta titana utječe na kinetiku repasivacije. Stupanj 7 (stabiliziran paladijem) re-pasivira 2-3 puta brže od stupnja 2 bez obzira na kvalitetu vode za ispiranje, čime se smanjuje osjetljivost na kontaminaciju kloridima. Debljina stijenke daje dopuštenje za udubljenje. Stijenka debljine 2,0 mm s umjerenim udubljenjima uslijed pranja vodom iz slavine može preživjeti 5-8 godina, stijenka debljine 1,2 mm pokvarila bi se prije. Postupak sušenja nakon ispiranja je važan, preostala voda uklonjena je prisilnim vrućim zrakom na 60 stupnjeva tijekom 10 minuta kako bi se izbjegla područja koncentracije klorida. Kada je količina deionizirane vode ograničena, dvostupanjsko ispiranje (voda iz slavine nakon koje slijedi deionizirana voda) isplativ je kompromis.

Stvaranje informirane spekulacije

Za grijač od titanskog omotača izložen svakodnevnom čišćenju s 10% fosfornom kiselinom na 80 stupnjeva, a zatim korišten u okruženju klorida, odredite dvo{2}}fazno ispiranje, koje se sastoji od početnog ispiranja vodom iz slavine u trajanju od 1 minute, nakon čega slijedi konačno ispiranje deioniziranom vodom otpornosti 18 MΩ.cm tijekom 10 minuta na 40 stupnjeva. Konačna voda za ispiranje mora imati < 10 ppm klorida. Ako nema de{11}}vode za postojeće instalacije, dodajte de-uložak za deionizaciju u liniju za ispiranje ili povećajte vrijeme ispiranja na 60 minuta s prisilnim sušenjem na zraku. Tijekom puštanja u pogon procijenite potencijal repasivacije testnog kupona nakon postupka ispiranja. Vrijednost manja od -0,1 V u odnosu na Ag/AgCl u 3% NaCl ukazuje na djelomičnu repasivaciju i dulje ili bolje ispiranje. Inženjer koristi deioniziranu vodu za ispiranje, a ne vodu iz slavine, tako da dolazi do brze repasivacije i nema daljnjeg pitinga tijekom rada.