Miks titaansoojendi ebaõnnestub kontsentreeritud sipelghappe ühtlase lahjendamise, kuid lahjendatud (5%) sipelghappe lokaalse täppide tekitamise tõttu?

Näiteks sipelghappega töötamisel kasutatava titaanist sukelsoojendi rikke põhjus varieerub suuresti sõltuvalt happe kontsentratsioonist, mis on protsessiinsenerile küttekeha valimisel oluline.. 2. Kontsentreeritud sipelghappes sisalduv 2. klassi titaan (85–99%) korrodeerub ühtlaselt hõrenemisel, prognoositava, mõõdetud korrosioonikiirusega, mis võimaldab valida korrosioonikindluse. 5–10% sipelghappes võib see sama titaani klass lokaalse täppide tekkega ebaõnnestuda. See on ootamatu ja kiire rünnak, mis võib mõne kuuga läbi seina lüüa, samas kui tavaline korrosioonimäär näitab eluaastaid. Täheldatud lahknevus on tingitud happe kontsentratsiooni vastupidisest mõjust passiivse kile stabiilsusele, vesiniku eraldumisele ja lahustuva titaanformiaadi kompleksi moodustumisele. Selle kontsentratsioonist sõltuva rikkemehhanismi tundmine võimaldab inseneril valida iga kontsentratsioonivahemiku jaoks sobiva seinapaksuse ja kontrollistrateegia.

Elektrokeemilise rikkemehhanismi sõltuvus kontsentratsioonist
Low water concentration in concentrated formic acid (>70%) vähendab ioonjuhtivust ja seega aeglustab elektrokeemilist korrosioonikiirust. Peamine korrosioonimehhanism on TiO2 passiivse katte keemiline lagunemine sipelghappe toimel ja sellele järgnev ühtlane hõrenemine. Korrosioonisaadus, titaanformiaat, on lahustuv, kuid selle tootmine toimub korrapärase ja prognoositava kiirusega. Passiivkile lokaalselt ei hävine ja jääb kogu pinna ulatuses katkematuks.

In dilute formic acid (5-10%) there is enough water to facilitate electrochemical corrosion. The cathodic reaction is hydrogen evolution (2H+ + 2e- ->H2). Aatomvesinik neeldub titaanvõre, tekitades hapra titaanhüdriidi (TiHx) terade piiridel ja kandmisel. Maht laieneb passiivkile lokaalne pragunemine hüdriidi tekke tõttu. Katkestatud piirkondades paljastatud titaan lahustub kiiresti sipelghappes. See on piiratud rünnak eraldiseisvates kohtades ja mitte ühtlane hõrenemine, mis on -sügav. Kaevude levimiskiirused on 10–50 korda suuremad kui ühtlane korrosioonikiirus, mida hinnatakse kaalukaotuse järgi.

Sipelghappe kontsentratsiooni mõõtmine korrosioonikiiruste ja rikkeviiside kohta
Sipelghape (kaaluprotsentides) Temperatuur (C) Domineeriv rikkerežiim Korrosiooni kiirus (mm/aastas) Perforatsiooni aeg (sein 1,5 mm) Prognoositavus 99% (liustik) 50% Ühtlane hõrenemine 0.03-0.08 19-50 aastatKõrge (eeldatav)
99% 100 Ühtlane hõrenemine 0.15-0.30 5-10 a.Kõrge 85% 80 Harvenev, ühtlane 0,10–0.20 7.5–15 aastat50% Kõrge 80Segane (ühtlane + veidi täkkeid) 0.20-0.40 3.8-7.5 aastat Mõõdukas
20% 80 Domineeriv täppide arv 0,30–0,60 (keskm.) 2,5–5 aastat (keskm.) Madal (varasemad lahtised kaevandused)
10% 80 Tõsised augud 0,40–0,80 (keskm.) 1,9–3,8 aastat (keskm.) Väga madal (karbid alla 1 aasta pärast)
5% 80 Tõsised augud 0,50–1,00 (keskmiselt) 1,5–3 aastat (keskm.) Väga madal (süvendid 6–12 kuu pärast)
1% 80 Vesinik rabestumine + täppide moodustumine 0.20 - 0.503–7,5 aastat ettearvamatu
On näidatud, et kriitiline üleminekukontsentratsioon on umbes 15-25% sipelghapet. Üle 25% väärtuste puhul domineerib ühtlane hõrenemine ja korrosioonikiirused järgivad prognoositavat Arrheniuse seost temperatuuriga. Valdav on alla 15% täppide moodustumine ja keskmine korrosioonimäär ennustab tegelikku kasutusiga halvasti, sest üks süvend võib seina perforeerida, samas kui ümbritsev metall jääb enamasti puutumata.

Stsenaariumipõhine juhend sipelghappe kontsentratsiooni valimiseks
Sipelghappe kontsentratsiooni ja temperatuuri 2. klassi titaani sobivuse kavandamise strateegia kontrollimise nõue
85–99%, < 80 kraadi Suurepärane Standardsein (1,5 mm). Ühtlase kiirusega korrosioonivaru arvutamine. Piisab iga-aastasest paksuse kontrollist.
Vastuvõetav Suurenenud sein (2,0–2,5 mm) 85–99%, 80–100 kraadi Prognoositav ühtlane hõrenemine. Paksuse kontroll kaks korda aastas
50–70%, < 60 kraadi Aktsepteeritav 2,0 mm korrosioonivaruga sein. Jälgige ülemineku auke. Paksuse ja süvendite kvartaliuuring.
20-50%, mis tahes temperatuur Marginaalne 7. klassi (Pd-legeeritud) või seina suurendamine 3,0 mm-ni Regulaarne kaevu kontroll (igakuine)
5–15%, temp > 40 kraadi Kehv Ärge kasutage 2. klassi Täpsustage 7. klassi tsirkooniumi või tantaali. N/A 2. klass on kiire.
< 5% ambientPoor Do not use titanum. Use PTFE lined or Hastalloy C-276 heater.Not relevant.
Lahjendatud sipelghappe teenuse tehnilised lahendused
Kui lahjendatud sipelghappe kasutamist (5–15%) ei ole võimalik vältida ja kasutada tuleb 2. klassi titaani, on kolm leevendusmeetodit, et vähendada aukude tekke ohtu. Esimene on happe kontsentratsiooni suurendamine kontsentreeritud sipelghappe lisamise või vee aurustamise teel nii, et kontsentratsioon ületab 20% ja rikkemehhanism muutub ühtlaseks hõrenemiseks. Teine leevendus on oksüdeeriva aine (100–200 ppm Fe³⁺ või Cu²⁺) lisamine lahusele, mis viib korrosioonipotentsiaali passiivsesse piirkonda ja pärsib vesiniku eraldumist, vähendades seega hüdriidide tootmist ja täppide teket. Kolmas leevendus on katoodkaitsepotentsiaali rakendamine -0,8 V vs. SCE tsinkinoodiga, mis ei võimalda titaani potentsiaalil jõuda vesiniku eraldumise piirkonda.

Järeldus: sipelghape, 5% (lahjendatud) Põhjus kontsentreeritud aukude tekkimine; Ühtlane Harvendus
Kontsentreeritud sipelghappes (85–99%) titaankuumuti ebaõnnestub ühtlase hõrenemise tõttu. Madal veesisaldus piirab elektrokeemilist korrosiooni ja tagab seega prognoositava mõõdetud metallikadu. Lahjendatud sipelghappes (5%) on piisavalt vett, et põhjustada H eraldumist, H aatomite neeldumist, hüdriidi tootmist ja lokaalset passiivse kile lagunemist, mis põhjustab kiiret ja ettearvamatut täppide moodustumist. Kriitiline üleminekukontsentratsioon on vahemikus 15-25%. Üle 25% püsiv hõrenemine domineerib ja 2. klassi titaan tagab piisava kasutusea piisava korrosioonivaruga. Hinne 2 ei ole soovitatav, kui aukude moodustumine on alla 15%. Sipelghappega töötamiseks mõeldud titaansoojendi määramisel vajab pakkuja täpset happekontsentratsiooni, et õigesti ennustada rikkerežiime ja arvutada korrosioonivaru (kontsentreeritud happe puhul) või pakkuda materjali uuendamist (lahjendatud happe puhul).