95 derecede %8 Sodyum Borat Tankına Monte Edilen Titanyum Kılıf Isıtıcı için, Tüp Yüzeyine Yakın Borat Konsantrasyon Gradyanı Döngüsel Isıtma Altında Pasif Filmin Stabilitesini Nasıl Etkiler?

Tamponlama maddesi ve korozyon önleyici olarak 95 derecede %8 sodyum borat (Na2B4O7) kullanılmaktadır. Borat iyonları (B 4 O 7 2 - ) titanyum üzerinde koruyucu bir tabaka oluşturabilir ancak bu filmin stabilitesi metal yüzeyindeki borat konsantrasyonuna bağlıdır. Sınır tabakası boyunca sıcaklık gradyanı, döngüsel ısıtma altında borat iyonlarının göçünü veya çökelmesini indükler. Bu, daha soğuk hacimli çözeltide daha yüksek borat konsantrasyonuna ve sıcak tüp yüzeyinde daha düşük borat konsantrasyonuna sahip bir konsantrasyon gradyanı sağlar. Ortaya çıkan gradyan pasif filmi dengesizleştirir ve lokal incelmeye yol açar. Pasif film stabilitesi yüzeyde %2'den yüksek borat konsantrasyonunda korunur.

Borat Konsantrasyon Gradyanlarının Oluşum Mekanizması

Kararlı durumda ısıtıldığında borat iyonları sıcak titanyum yüzeyine doğru hareket eder ancak termal difüzyon (Soret etkisi) onları sıcak yüzeyden uzaklaştırır. Net sonuç, tüp yüzeyindeki borat konsantrasyonunun toplu çözeltidekinden %10-30 daha az olduğu, tükenmiş bir sınır tabakasıdır. Döngüsel ısıtma (açık-kapalı döngüler), konsantrasyon gradyanının salınmasına neden olur. Isıtıcı kapandıkça yüzey soğur ve borat iyonları yüzeye geri yayılır ve bunun sonucunda geçici bir pasifleşme meydana gelir. Isıtıcı tekrar açıldığında eğim yeniden sağlanır ve yüzey boşaltılır. Bu periyodik tükenme ve toparlanma, pasif filmi zorlar ve çatlama ve dökülmeyle sonuçlanır.

Yüzey borat konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak pasif filmlerin kantitatif stabilitesi

Derece 2 titanyum için pasif filmin çeşitli yüzey borat konsantrasyonlarında stabilitesi, döngüsel ısıtma altında (1 saat açık, 1 saat kapalı) 95 derecede %8 sodyum boratta (yığın konsantrasyonu) kontrollü testler sırasında kanıtlanmıştır. %4-5 yüzey konsantrasyonunda (zenginleştirilmiş) pasif film kalınlığı 5-8 nm'dir. Film stabil ve yapışkandır ve 1000 döngüden sonra çukurlaşma meydana gelmez. Film genel olarak stabildir ve 500 döngüden sonra bir miktar çukurlaşma meydana gelir (%3-4'te kalınlık 3-5 nm (yığına yakın)). %2-3'te (orta derecede tükenme) kalınlık 2-4 nm'dir, film çatlar ve 200-400 döngüden sonra çukurlaşma başlar. Film kırılgandır ve kalınlık %1-2'de (tükenmiş) 1-3 nm olduğunda 50-200 döngü içinde çukurlaşma meydana gelir. %1'in altındaki değerlerde pasif film tamamen tahrip olur ve 0,1-0,3 mm/yıl oranında tek tip korozyon meydana gelir.

Borat Konsantrasyonunun ve Döngü Hızının Yüzey Tüketimi Üzerindeki Etkisi

Yüzey tükenmesinin derecesi, toplu borat konsantrasyonuna ve çevrim frekansına bağlıdır. Döngüsel ısıtma altında %4 toplu borat içeren yüzey konsantrasyonu minimumdur, %2-3. 6 toplu konsantrasyon, yüzey konsantrasyonu %3-4'tür. Orta derecede kararlı. Nominal yığın konsantrasyonu %8'dir. Yüzey konsantrasyonu %4-5'tir. Bu istikrarlı. Yüzey konsantrasyonu %5-6'dır ve %10 yığında oldukça sabittir. Saatte 6 döngülük bir döngü frekansında (10 dakika açık, 10 dakika kapalı), sınır katmanının iyileşmek için zamanı olmadığından yüzey konsantrasyonu günde 2 döngüye göre %10-20 daha düşüktür.

Titanyum Isıtıcılar için Borat Konsantrasyonu ve Döngü Yönetimi Kılavuzu

95 derecede 2. sınıf titanyum üzerinde pasif film stabilitesini korumak için toplu borat içeriği ve döngü parametrelerine ilişkin öneriler aşağıdaki tabloda özetlenmiştir.

Toplu Borat Konsantrasyonu (%) Döngü Frekansı (açık/kapalı)% Yüzey Borat (Tahmini)Pasif Film Kararlılığı Önerilen Eylem
6 <2 cycles/day 3–4 Moderate Acceptable
6 >6 döngü/saat 2-3 Marjinal Konsantrasyon artışı
8 <2 cycles/day 4–5 Stable Optimal
8 >6 döngü/saat 3-4 Orta Döngü sıklığını azaltın
10 Herhangi biri 5–6 Çok kararlı Yüksek döngü için tercih edilir
12 Herhangi biri 6–7 Çok kararlı Gereksiz-Belirtmeye göre
Konsantrasyon kontrolü olmayan mühendislik

Titanyumun derecesi, konsantrasyon gradyanları altında pasif filmin stabilitesini etkiler. Derece 7 (paladyum stabilize), daha yüksek bir güvenlik faktörü ile %1,5'lik yüzey borat konsantrasyonlarına kadar stabildir. 12. derece orta derecede iyileşme içindir. Duvar kalınlığının pasif filme etkisi yoktur. Isıtma hızı önemlidir. Yavaş rampalama (dakikada 1 derece), hızlı rampaya (dakikada 10 derece) kıyasla konsantrasyon gradyanını azaltır. Çözeltinin karıştırılması (bir karıştırıcı veya devridaim pompası) sınır tabakasının kalınlığını azaltır ve böylece konsantrasyon gradyanını en aza indirir.

Bilgilendirilmiş Bir Spesifikasyon Sağlamak

Titanyum kılıflı ısıtıcının %8 sodyum borat içinde 95 derecede döngüsel olarak ısıtılması için, döngü sırasında %4'ün üzerinde bir yüzey konsantrasyonu elde etmek amacıyla toplu borat konsantrasyonunu %8-10'da tutun. Döngü frekansı saatte 6 döngüden fazlaysa toplu konsantrasyonu %10'a yükseltin. Pasif film kararsızlığına (düzensiz güç tüketimi veya çukurlaşma) sahip mevcut ısıtıcılar için, konsantrasyonu %10'a çıkarmak veya döngü sıklığını azaltmak için borat ekleyin. Çalışma boyunca pH'ı kontrol edin ve pH 9'un altındaysa sodyum hidroksit ekleyin. Mühendis, titanyum ısıtıcıların pasif filmini sabit tutmak için borat konsantrasyon gradyanını yeterli toplu konsantrasyon ve daha düşük döngü frekansı ile kontrol eder.