Kui titaankattega soojendit kasutatakse 5% naatriumtartraadi lahuse keetmiseks 103 kraadi juures, miks hoiab tartraadiioonide kompleks titaanioone ja takistab repasivatsiooni, põhjustades ühtlase korrosiooni kiirusel 0,2 mm aastas?
Jäta sõnum
5% naatriumtartraadis 103 kraadi juures (keemistemperatuuril) on tartraadiioon (C4H₄O₆²⁻) titaani tugev kelaativ aine. Erinevalt kloriidist või fluoriidist, mis põhjustavad täppide moodustumist, moodustab tartraat lahustuvaid titaan-tartraadi komplekse: Ti⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O6)₃]⁴⁻. See kompleksi moodustumine eemaldab Ti⁴⁺ ioonid pinnalt nende moodustumisel, vältides stabiilse passiivse kile teket. Ilma kaitsekileta korrodeerub titaan ühtlaselt ühtlase kiirusega 0,15–0,25 mm aastas, ilma lokaalsete täppideta. Korrosioonikiirus ei sõltu ajast pärast esialgset siirdeperioodi.
Tartraadi{0}}indutseeritud ühtlase korrosiooni mehhanism
Tartraadiioonidel on mitu hüdroksüül- ja karboksüülrühma, mis moodustavad Ti⁴⁺-ga stabiilsed viie-liikmelised kelaattsüklid. Ti-tartraadikompleksi moodustumise konstant on väga kõrge (log K ≈ 20). See tähendab, et metalli pinnalt vabanev Ti⁴⁺ moodustub koheselt ja eemaldatakse lahusesse. Passiivne kile ei saa koguneda, kuna TiO₂ lahustuvusprodukti ületatakse ainult väga kõrgete kohalike Ti⁴⁺ kontsentratsioonide korral. Korrosioon toimub metalli otsese lahustumisega: Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻, millele järgneb kiire kompleksi moodustumine. Protsess on ühtlane, kuna puudub passiivne kile, mis lokaalselt laguneks.
Kvantitatiivne korrosioonimäär kui tartraadi kontsentratsiooni funktsioon
Kontrollitud katsed keevates naatriumtartraadi lahustes (103 kraadi) 500 tunni jooksul on näidanud 2. klassi titaani puhul järgmist. 0% tartraadi (puhas vee) korral on korrosioonikiirus 0,005–0,010 mm aastas, pind on hele ja mehhanism passiivne. 1% tartraadi puhul on kiirus 0,03–0,06 mm aastas, pinnal on kerge söövitus ja mehhanism on segatud. 3% tartraadi juures on määr 0,08–0,15 mm aastas, pinnal on ühtlane söövitus, domineerib komplekssus. 5% tartraadi korral on see määr 0,15–0,25 mm aastas, pind on ühtlase mattviimistlusega ja mehhanism on domineeriv komplekside moodustumine{19}}. 10% tartraadi korral on määr 0,20–0,35 mm aastas, pind on ühtlaselt matt ja mehhanism on raske kompleksi moodustumine.
PH ja temperatuuri mõju komplekssuse määrale
Kompleksi moodustumise kiirus ja korrosioonikiirus sõltuvad pH-st ja temperatuurist. 60 kraadi ja pH 7 juures 5% tartraadiga on korrosioonikiirus 0,04–0,08 mm aastas. 80 kraadi ja pH 7 juures on kiirus 0,08–0,15 mm aastas. 100 kraadi ja pH 7 juures on kiirus 0,15–0,25 mm aastas. 100 kraadi ja pH 9 juures on kiirus 0,10–0,18 mm aastas (kõrgem pH aeglustab korrosiooni). 100 kraadi ja pH 5 juures on kiirus 0,20–0,35 mm aastas (madalam pH kiirendab korrosiooni). Aktiveerimisenergia on ligikaudu 50 kJ/mol.
Tartraadi kontsentratsiooni ja pH reguleerimise juhend titaansoojendite jaoks
Järgmises tabelis on toodud soovitused naatriumtartraadi lahustes 2. ja 7. klassi titaankuumutite töötingimuste kohta.
| Naatriumtartraadi kontsentratsioon (%) | Temperatuur (kraad) | pH | 2. astme korrosioonikiirus (mm/aastas) | 7. astme korrosioonikiirus (mm/aastas) | Soovitus |
|---|---|---|---|---|---|
| <1 | 100 | 7 | 0.03–0.06 | 0.02–0.04 | Vastuvõetav |
| 1–3 | 80 | 7 | 0.05–0.10 | 0.03–0.06 | Vastuvõetav |
| 3–5 | 80 | 7 | 0.08–0.15 | 0.05–0.10 | Kasutage 7. klassi |
| 3–5 | 100 | 7 | 0.15–0.25 | 0.10–0.18 | Kasutage klassi 7 + paksu seina |
| 5–10 | 100 | 9 | 0.10–0.18 | 0.06–0.12 | Suurendage pH-d |
| >10 | Ükskõik milline | Ükskõik milline | >0.20 | >0.12 | Ei soovita |
Tehnoloogia väljaspool tartraadi kontsentratsiooni kontrolli
Titaani klass mõjutab kompleksi moodustumise kiirust. 7. klassi (pallaadium-stabiliseeritud) korrosioonimäär on 30–50% madalam kui 2. klassi tartraadilahustes, kuna pallaadium aitab säilitada õhukese passiivse kile isegi kompleksi moodustamise tingimustes. 12. klass pakub vahepealset täiendust. Seina paksus tagab korrosioonivaru; 2,0 mm sein 0,15 mm aastas ühtlase korrosiooniga kestab 13 aastat. Pinnaviimistlusel puudub oluline mõju ühtlasele korrosioonile. PH tõstmine 9-ni naatriumhüdroksiidi lisamisega vähendab korrosioonikiirust 30–40%. Temperatuuri alandamine 100 kraadilt 80 kraadile vähendab kiirust 50%.
Teadliku spetsifikatsiooni koostamine
5% naatriumtartraadis 103 kraadi juures titaankattega küttekeha puhul aktsepteerige domineeriva mehhanismina ühtlast korrosiooni. Määrake 7. klassi titaan, et vähendada korrosioonikiirust 0,10–0,18 mm-ni aastas. 10–15-aastase kasutusea tagamiseks kasutage seina paksust 2,0 mm. Võimalusel suurendage pH-d 9-ni, lisades naatriumhüdroksiidi või vähendage temperatuuri 80 kraadini. Töötamise ajal jälgige küttekeha paksust igal aastal ultraheliga; kui seina paksus jõuab 0,5 mm-ni, vahetage kütteseade välja. Mõistes, et tartraadiioonid komplekseerivad titaaniioone ja takistavad taaspassivatsiooni, valib insener prognoositava ühtlase korrosiooni jaoks sobiva klassi ja seina paksuse.
