Lämmastikhape on tugevalt oksüdeeriv keskkond, kus titaanil on laias potentsiaalivahemikus suurepärane korrosioonikindlus. Passiivkile püsib stabiilsena umbes 0 V kuni üle 1,8 V vs. SCE. Torude tõmbamise, painutamise või keevitamise ajal määrdeainete, jahutusvedelike või märgistusvärvide jääkide tõttu tekkinud pinna süsiniku saastumine-kitsendab seda passiveerimisvahemikku järsult. Süsinikjäägid lagunevad kõrgendatud temperatuuridel, moodustades titaani pinnale lokaliseeritud redutseerivad tingimused. Need vähendatud piirkonnad ei suuda säilitada TiO₂ passiivset kilet, nihutades kohaliku potentsiaali aktiivsesse korrosioonirežiimi. Tulemuseks on kiirendatud rünnak, mis tavaliselt avaldub saastemustrile vastavate diskreetsete söövitatud ribadena või süvenditena. Selle mehhanismi mõistmine on hädavajalik lämmastikhappe teenindamiseks, kus küttekeha töökindlus sõltub puhtast, ühtlaselt passiivsest pinnast.

Süsinik{0}}indutseeritud passiivsuse lagunemise mehhanism

Tootmismäärdeained sisaldavad tavaliselt süsivesinikke, klooritud parafiine, rasvhappeid ja äärmusliku{0}}rõhuga lisandeid. Tavalise käsitsemise käigus jäävad nende ühendite õhukesed kiled titaani pinnale ka pärast rasvaäratamist. Kui kütteseade on kastetud kuuma lämmastikhappesse (nt 40–65% HNO₃ 80–100 kraadi juures), ilmneb kaks mõju. Esiteks oksüdeerib lämmastikhape süsiniku jäägid, tekitades süsihappegaasi ja vett. Kuid lokaalsetes piirkondades, kus süsinik on paks, tekitab osaline oksüdatsioon süsinikmonooksiidi ja orgaanilisi happeid. Need tooted tarbivad lokaalselt lämmastikhapet ja vähendavad oksüdatsioonipotentsiaali. Teiseks tõstab süsiniku eksotermiline oksüdatsioon kohalikku pinnatemperatuuri, kiirendades lämmastikhappe lagunemist lämmastikoksiidideks. Vähendatud lokaalse oksüdeerimisvõimsuse ja kõrgendatud temperatuuri kombinatsioon loob mikrokeskkonna, kus titaani pinnapotentsiaal langeb alla passivatsiooniläve (ligikaudu 0,2 V vs. SCE). Nendel süsinikuga{17}}saastunud kohtadel algab aktiivne korrosioon, moodustades süvendeid või kaevikuid.

Passivatsioonivahemiku kvantitatiivne vähendamine süsiniku saastumise tõttu

Kontrollitud elektrokeemiline testimine 50% HNO3-s 85 kraadi juures on määranud 2. klassi titaani jaoks järgmised passivatsioonivahemikud, mille pinna süsinikusisaldus on erinev:

Puhas pind (<0.1 mg/cm² carbon, properly degreased and acid pickled): Passivation range from 0.1V to >2,0 V vs SCE. Korrosioonikiirus alla 0,01 mm aastas kõigis praktilistes potentsiaalides. Pärast 1000 töötundi ei teki auke.

Kerge saaste (0,1–0,5 mg/cm² süsiniku, tüüpiline ühekordse rasvaärastuskäigu korral): Passiveerimisvahemik on vähendatud 0,2–1,6 V-ni vs. SCE. Potentsiaalidel üle 1,6 V (tüüpiline kontsentreeritud lämmastikhappele) algab süsinikukohtades lokaalne lagunemine. Punktide sügavus 20–50 µm 500 tunni pärast.

Mõõdukas saastumine (0,5–2,0 mg/cm² süsiniku, määrdeainete jääkide eemaldamise tõttu): Passiveerimisvahemik väheneb veelgi 0,3–1,2 V võrreldes SCE-ga. Üle 1,2 V toimub saastunud kohtades aktiivne korrosioon. Korrosioonikiirus süsiniklaikudel 0,5–1,0 mm aastas. Punkt läbib 1,0 mm seina 500–1000 tunni jooksul.

Heavy contamination (>2,0 mg/cm² süsinikku, nähtavad plekid või sõrmejäljed): Passiveerimisvahemik on kitsendatud 0,4–0,8 V vs. SCE. Tüüpiliste lämmastikhappepotentsiaalide (1,0–1,4 V) korral korrodeerub pind aktiivselt saastunud piirkondades. Kiire lokaliseeritud rünnak, mille läbitungimiskiirus ületab 2 mm aastas.

Lämmastikhappe teenuse süsiniku saastumise kontrollimise juhend

Järgmine tabel annab otsustusraamistiku puhastusprotseduuride määramiseks lämmastikhappe kontsentratsioonil ja töötemperatuuril:

Inseneritööd peale süsiniku eemaldamise üksi

Toru seina paksus on ohutusteguriks, kui süsinik{0}}indutseeritud auku tekib. Kerge saastusega 1,5 mm sein võib säilida 1000 tundi enne süvendisse tungimist, samas kui 0,8 mm sein puruneb 300 tunni jooksul. Mitteväärismetalli klass muudab ka tundlikkust: 7. klassi titaan (0,15% Pd) omab puhastel pindadel laiemat passivatsioonivahemikku, kuid näitab sarnast süsiniku{10}}indutseeritud kitsenemist. Seetõttu ei kompenseeri pallaadiumi lisamine halba puhastust. Kõige haavatavamad kohad on keevitussoojusest{13}}mõjutatud tsoonid, kus määrdeaine võib keevitamise ajal pinnale kõrbeda. Roostevabast terasest traatharjaga (ainult titaanile mõeldud) keevisõmblusejärgne puhastamine eemaldab keevisõmblustest süsiniku saastumise. Puhastusjärgsel käitlemisel tuleb kasutada puhtaid puuvillaseid kindaid, et vältida süsinikku ja kloriide sisaldavate sõrmejälgede tekkimist.

Teadliku spetsifikatsiooni koostamine

Lämmastikhappeteenuse jaoks titaanist elektrisoojendi määramisel lisage hankekirjeldusse pinna puhtuse nõue. Nõua, et kõik titaani komponendid tuleks leeliseliselt rasvatustada ja seejärel happega peita (20% HNO₃ + 2% HF 5 minutit, seejärel põhjalikult loputada). Kui kontsentreeritud lämmastikhape on kõrgel temperatuuril üle 70%, täpsustage, et tarnija teeks passiveerimise kontrollimise testi: kastke tüüpiline kupong ettenähtud lämmastikhappesse töötemperatuuril 24 tunniks, seejärel uurige mikroskoopiliselt võimalike aukude suhtes. Kasutuselevõtu ajal täitke süsteem 50 kraadi juures 20% HNO₃-ga ja tsirkuleerige 2 tundi, et passiivsed kõik pinnad ja süsinikujäägid eemaldada. Jälgige lämmastikhappe värvi; kollane värvus näitab lämmastikoksiidi moodustumist süsiniku oksüdatsioonist, mis annab märku ebapiisavast puhastamisest. Kontrollides pinna süsiniku saastatust kui kriitilist parameetrit, tagab insener, et titaanküttekeha saavutab oma täieliku passiveerimisvahemiku ja pakub usaldusväärset teenindust tugevalt oksüdeerivates lämmastikhappekeskkondades.