Kada se grijač od titanovog omotača koristi za kuhanje 5% otopine natrijevog tartarata na 103 stupnja, zašto kompleks tartaratnih iona kompleksira titanijeve ione i sprječava repasivaciju, što dovodi do ravnomjerne korozije od 0,2 mm godišnje?

U 5% natrijevom tartaratu, ion tartarata (C₄H₄O₆²⁻) snažno je kelirajuće sredstvo za titan na 103 stupnja (vrelište). Napad pitinga uzrokuju klorid i fluorid, ali tartrat dovodi do stvaranja topljivih kompleksa titanijevog tartarata: Ti4⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]4⁻. Stvaranje kompleksa uklanja Ti 4+ ione s površine dok se formiraju i inhibira stvaranje stabilnog pasivnog filma. Bez zaštitnog omotača, titan će jednoliko erodirati konstantnom stopom od 0,15 – 0,25 mm godišnje bez lokaliziranih jamičastih pojava. Brzina korozije nije funkcija vremena nakon početne prijelazne faze.

Mehanizam uniformne korozije-inducirane tartaratom

Tartaratni ion ima nekoliko hidroksilnih i karboksilnih skupina sposobnih za stvaranje stabilnih peteročlanih kelatnih prstenova s ​​Ti 4+ . log K~20). Konstanta tvorbe za Ti-tartaratni kompleks iznimno je visoka. To znači da se bilo koji Ti4⁺ koji se oslobodi s metalne površine kompleksira i odmah unosi u otopinu. Pasivni film ne može rasti jer je produkt topljivosti TiO2 premašen samo pri vrlo visokim lokalnim koncentracijama Ti4+.. Proces korozije temelji se na izravnom otapanju metala: Ti → Ti4⁺ + 4e⁻, nakon čega slijedi brzo kompleksiranje. Budući da ne postoji pasivni film koji bi se lokalno razbio, proces je ujednačen.

Kvantitativna brzina korozije u odnosu na koncentraciju tartarata

Kontrolirani testovi u kipućoj otopini natrijevog tartarata (103 stupnjeva ) tijekom 500 sati utvrdili su sljedeće za titan 2. stupnja. Kod 0% tartarata (čiste vode) brzina korozije je 0,005–0,010 mm/god, površina je svijetla, a mehanizam je pasivan. Kod 1% tartarata, stopa je 0,03–0,06 mm godišnje, površina pokazuje lagano jetkanje i mehanizam je miješan. Kod 3% tartarata brzina je 0,08–0,15 mm/godišnje, površina pokazuje jednolično jetkanje, a kompleksiranje je prevladavajući proces. S 5% tartarata, stopa je 0,15–0,25 mm/god, površina je jednoliko matirana, a proces je kompleksiranje dominantno. 0.20-0.35 mm/god pri 10% tartarata, površina ravnomjerno mat, mehanizam jakog kompleksiranja.

Učinak pH i temperature na brzinu kompleksiranja

Brzina kompleksiranja i brzina korozije su funkcija pH i temperature. Brzina korozije na 60 C, pH 7 i 5% tartarata je 0,04-0,08 mm/god. Brzina na 80 stupnjeva i pH 7 je 0,08-0,15 mm/god. Brzina je 0,15 do 0,25 mm godišnje na 100 stupnjeva i pH 7. Brzina je 0,10–0,18 mm godišnje na 100 stupnjeva i pH 9 (viši pH smanjuje koroziju). Brzina na 100 stupnjeva, pH 5, 0,20–0,35 mm/godišnje (niži pH povećava brzinu korozije). Aktivacijska energija je oko 50 kJ/mol.

Kontrola koncentracije tartarata i pH u titanskim grijačima

Sljedeća tablica daje preporučene radne uvjete za titanske grijače stupnja 2 i 7 u otopinama natrijevog tartarata.

Koncentracija natrijevog tartarata (%) Temperatura (stupanj) pH Stupanj 2 Stopa korozije (mm/god) Stopa korozije (mm/godina) Stupanj 7 Preporuka<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 Ne preporučuje se Inženjering izvan kontrole koncentracije tartarata

Kvaliteta titana utječe na brzinu kompleksiranja. Stope korozije stupnja 7 (stabilizirano paladijem) su 30-50% niže od onih stupnja 2 u otopinama tartarata, budući da paladij stabilizira tanku pasivnu prevlaku čak i pod uvjetima kompleksiranja. Ocjena 12 pokazuje umjereno poboljšanje. Debljina stjenke daje dopuštenje za koroziju . 2 . 0 mm stjenke s 0 . 15 mm/godinu. Ujednačena korozija traje 13 godina. Površinska obrada ima mali učinak na ravnomjernu koroziju. Povećanjem pH na 9 s natrijevim hidroksidom brzina korozije se smanjuje za 30-40 %. Ako se temperatura spusti sa 100 stupnjeva na 80 stupnjeva, tada se stopa prepolovi.

Razvijanje informirane specifikacije

Za grijač od titanovog omotača treba pretpostaviti da je dominantni mehanizam ravnomjerna korozija u 5% natrijevom tartaratu na 103 stupnja. Upotrijebite titan Grade 7 kako biste smanjili stopu korozije na 0,10–0,18 mm godišnje. Za radni vijek od 10 do 15 godina koristite debljinu stijenke od 2,0 mm. Povisite pH na 9 (ako je moguće) s natrijevim hidroksidom ili snizite temperaturu na 80C. Debljina grijača se tijekom rada kontrolira jednom godišnje ultrazvučnim mjerenjem i mijenja se kada debljina stijenke dosegne 0,5 mm. Inženjer je svjestan da ioni tartarata kompliciraju ione titana i inhibiraju repasivaciju, stoga su odabrali pravi stupanj i debljinu stijenke kako bi osigurali predvidljivu ravnomjernu koroziju.