Buhar Oksitleyici Ön İşlem (300 derecede 2 Saat) Titanyum Isıtıcının Sonraki Asit Korozyon Direncini Nasıl Artırır?

Sıcak sülfürik veya hidroklorik asit gibi aşındırıcı bir asit ortamında titanyum daldırmalı ısıtıcının servis ömrünü uzatmak isteyen bir proses mühendisi için, 300 derecede 2 saat süreyle buhar oksitleme ön işlemi, korozyon direncinde ölçülebilir bir artışla sonuçlanır. Bu preparat, ısıtıcı yüzeyinde, 2 ila 7 nanometrelik orijinal pasif filmle karşılaştırıldığında, tipik olarak 0,5 ila 2,0 mikronluk, düzenlenmiş, daha kalın bir titanyum dioksit (TiO2) filmi oluşturur. Daha kalın oksit tabakası kimyasal çözünmeye karşı daha dirençlidir, asit saldırısına karşı daha homojen bir bariyer sağlar ve lokalize çukurlaşmanın meydana gelebileceği daha az hata noktasına sahiptir. Nicel testler, buhar-oksitlenmiş titanyumun, 80 derecede %20 H₂SO₄ içinde işlenmemiş titanyuma göre %50-80 daha düşük korozyon oranlarına sahip olduğunu ve agresif indirgeyici asitlerde 2 ila 5 kat daha uzun ısıtıcı ömrüne sahip olduğunu gösterir.

Buhar Oksidasyonunun Mekanizması ve Oksit Yapısına Etkisi
The reaction Ti + 2H2O -->TiO2 + 2H2, titanyumun buharda (su buharı) 300 derecede ısıtılmasıyla düzenlenebilir. Buhar ortamı yoğun, yapışkan bir rutil (kristalin TiO₂) kaplaması oluşturur. Bu, çatlaklar ve parçalanmalar içeren gözenekli bir oksit oluşturabilen kuru hava oksidasyonunun tersidir. Buhar oksidasyonu, metal-oksit arayüzünde oluşan hidrojenin oksit içinden geçerek daha sıkıştırıcı (koruyucu) bir gerilim durumuna neden olabilmesi nedeniyle daha düzgün ve daha az hatalı bir oksit tabakasıyla sonuçlanır.

Grade 2 titanyum için 300 derece, 2 saatlik tedavi idealdir. Daha düşük sıcaklıklarda (200 derece) oksit çok yavaş büyür (< 0.1 µm in 2 h). At higher temperatures (400°C) the oxide grows excessively fast (>5 µm) ve parçalanmaya eğilimlidir. 2-saatlik uzunluğu, çatlaklar ve kaynak bölgeleri dahil olmak üzere yüzeyin tamamen kaplanmasına olanak tanır, ancak termal iletkenliği sınırlayacak ilave kalınlık içermez. Oluşan oksit tabakası, yaklaşık 0,5-2,0 µm kalınlığa karşılık gelen altın veya mavi-kahverengi renktedir (girişim renkleri).

Buhar Oksidasyonu Kaynaklı Korozyon Direnci İyileştirmesinin Kantifikasyonu
Asit Ortamı (Sıcaklık) Derece 2 Ti Korozyon Hızı (mm/yıl) İşlem görmemiş Buharla oksitlenmiş (300 derece, 2 saat) Korozyon Hızı (mm/yıl) Azaltma Faktörü Tahmini Ömrü Uzatma
%20 H₂SO₄, 60 derece 0.15 0.04 3.8× 4× %20 H2SO4, 80 derece 0.80 0.20 4.0× 4× %10 HCl, 50 derece 0.25 0.08 3.1× 3× %10 HCl, 70 derece 1.20 0.35 3.4× 3× %5 Formik asit, 80 derece 0.20 0.07 2.9× 3× %50 H3PO4, 100 derece 0.10 0.04 2.5× 2,5× %10 Oksalik asit, 60 derece 0.60 0.20 3.0× 3×
En büyük değişiklik, pasif filmin işlenmemiş durumda çok az stabil olduğu durumlarda asitlerde (H2SO4, HCl, formik, oksalik) meydana gelir. Oksitleyici asitler (nitrik, kromik) doğal pasif filmi doğal olarak stabilize eder ve buhar oksidasyonu çok az ekstra avantaj sağlar (indirgeme faktörü < 1,5x). Daha kalın oksit, atomik hidrojen için bir difüzyon bariyeri görevi gördüğünden, ön işlem aynı zamanda katodik ortamlarda hidrojen emilimine karşı direnci de artırır.

Buhar Oksidasyon Ön İşleminin Uygulanmasına İlişkin Senaryo-Temelli Kılavuz
Asit Servisi ve Şiddeti Önerilen Ön Arıtma|Beklenen Fayda|Uygulama Hususları
Seyreltik H₂SO₄ (%5 – 15), 50 – 70 derece, sürekliBuhar oksidasyonu (300 derece, 2 saat) 3-4× ömür uzatma faktörüEn Çok Tavsiye Edilen. Yeni ısıtıcılar için ekonomiktir.
Concentrated H 2 SO 4 (>%50 Her sıcaklıkta Buhar oksidasyonu etkili değil Minimum avantaj. Oksit konsantre asitte hızla çözünür. Titanyum sınıfı 7 kullanın.
HCl hizmeti (%5–15) 40–60 derece Buhar oksidasyonu 3 kat ömür uzatma Etkili, ancak hidrasyona dikkat edin. Buhar oksit hidrojen emilimini azaltır.
Formik asit, oksalik asit, herhangi bir konsantrasyon. Buhar oksidasyonu 2–3 kat ömür artışı İşlenmemiş titanyumun yılda 0,2-0,5 mm korozyona uğradığı marjinal uygulamalar için önerilir.
Deniz suyu veya klorürlerde servis (asit yok) Gerekli değil Avantajı yok Doğal pasif film klorürlerde stabildir. Buhar oksidasyonu gerekli değildir.
Yüksek kaliteli su (düşük aşındırıcı) Gerekli değil Avantajı yok Düzeltilmesi gereken korozyon sorunu yok.
Eski ısıtıcı (yeniden takma) Pratik değil Uygulanmaz Kurulumdan önce buharla oksitlenmelidir. Yerinde yapılamaz.
Buhar Oksidasyonu İçin-Ön İşlemin Mühendislik Yönleri
Buhar oksidasyon ön işlemi, buhar enjeksiyonlu, kontrollü bir ortam fırınında gerçekleştirilmelidir. İşlemden önce ısıtıcı temiz olmalıdır (yağdan arındırılmış, mevcut olabilecek oksit veya kirliliği gidermek için asitle temizlenmiş). Termal stresi önlemek için sıcaklık oranı 5 derece/dakikadan az olmalıdır. 300 derecede 2 saat bekletildikten sonra ısıtıcı dikkatlice soğutulmalıdır (fırın serin veya<= 3°C/min) to avoid oxide cracking. The treated surface is fragile and must be handled with clean gloves, since any scratches to the metal will act as corrosion initiation sites . The oxide layer reduces the thermal conductivity of the heater significantly (~5-10%) and should be taken into account for watt density estimates. For applications currently running near the critical heat flux, the thicker oxide may raise the sheath temperature by 5-10 °C.

Sonuç: Buhar Oksidasyonu Asitlerin Azaltılmasında Ömrü 3-4 Kat Uzatır
300 derecede 2 saat boyunca buhar oksitleyici ön işlem, Grade 2 titanyum ısıtıcı yüzeyinde 0,5-2,0 µm kalınlığında düzenlenmiş, yoğun titanyum dioksit tabakası oluşturur. İndirgeyici asitlerde (sülfürik, hidroklorik, formik, oksalik) asit korozyon direnci 3-4 kat artar. Bu daha kalın, daha homojen oksit, kimyasal parçalanmaya karşı daha az duyarlıdır ve hidrojen emilimine karşı bir bariyer görevi görür. Seyreltik ila orta derecede indirgeyici asitlerde kullanıma yönelik yeni titanyum ısıtıcıların buhar oksidasyon ön işlemi, ısıtıcı maliyetine yaklaşık %10-15 oranında katkıda bulunur, ancak servis ömrünü 2-5 kat artırır ve çok uygun maliyetlidir. Ön işlem, oksitleyici asitler (nitrik, kromik) veya doğal pasif filmin zaten stabil olduğu klorürün hakim olduğu durumlar için yararlı değildir. Asit ihtiyacını azaltmak için titanyum ısıtıcı sipariş ederken de aynı yaklaşım kullanılabilir. Kaydedilmiş işlem parametreleriyle (300 derece, 2 saat, buhar atmosferi) buhar oksidasyon ön işleminin belirtilmesi, ısıtıcı hizmete alınmadan önce artırılmış korozyon direncinin elde edilmesini sağlar.