70 Derecede %10 Sodyum Dikromat Çözeltisi İçin Titanyum Elektrikli Daldırma Isıtıcıda, Altı Değerlikli Krom İyonu Güçlü Bir Oksitleyici Olmasına Rağmen Neden Titanyum Yüzeyini Pasifleştirmiyor?
Mesaj bırakın
%10 konsantrasyonda ve 70 derecede sodyum dikromat (Na₂Cr₂O₇) kuvvetli oksitleyici bir çözeltidir. Altı değerlikli krom (Cr⁶⁺), Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺ için +1.33 V standart indirgeme potansiyeline sahip güçlü bir oksitleyicidir. Paslanmaz çelik gibi birçok metalde kromat iyonları pasivasyonu teşvik eder. Ancak titanyum üzerinde altı değerlikli krom, stabil bir pasif film üretmez. Krom iyonları titanyum dioksit kafesine katılmaz ve yüksek oksidasyon potansiyeli aslında titanyumu transpasif bölgeye iterek pasif filmin sürekli çözünmesine neden olur. Titanyumun 70 derecede %10 sodyum dikromattaki korozyon oranı yılda 0,05-0,15 mm'dir ve bu, birçok nötr klorür çözeltisinden daha yüksektir.
Altı Değerlikli Krom Çözeltilerinde Titanyum Davranış Mekanizması
Titanyum pasivasyon için stabil bir TiO₂ filmine dayanır. Dikromat çözeltilerinde, titanyum yüzeyinde Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O indirgeme reaksiyonu meydana gelir. Bu reaksiyon, standart bir hidrojen elektrotuna kıyasla titanyumun karışık potansiyelini +1.0 V'nin üzerindeki değerlere kaydıran yüksek bir değişim akımı yoğunluğuna sahiptir. Bu tür asil potansiyellerde titanyum, TiO₂ filminin çözünebilir Ti⁴⁺ türlerine kadar oksitlendiği transpasif bölgeye girer. Pasif film stabil kalmak yerine sürekli olarak çözünür. Ek olarak, kromat iyonları, kromatın koruyucu spinel oksitler oluşturduğu demir veya kromun aksine, bariyer tabakası görevi görebilecek titanyum ile çözünmeyen bileşikler oluşturmaz.
Kantitatif Korozyon Oranları ve Yüzey Analizi
70 derecede 1.000 saat boyunca %10 Na₂Cr₂O₇ ile yapılan kontrollü testler, Grade 2 titanyum için aşağıdaki korozyon davranışını ortaya koymuştur. Korozyon hızı yılda 0,05-0,15 mm'dir; bu, aynı sıcaklıktaki tatlı sudaki orandan 5-15 kat daha yüksektir. Yüzeyde biriken krom oksit veya hidroksit nedeniyle sarı-kahverengi bir renk değişikliği görülüyor. X-ışını fotoelektron spektroskopisi analizi, yüzey filminin TiO₂ ve Cr(OH)₃ karışımı içerdiğini, ancak filmin gözenekli olduğunu ve koruyucu olmadığını- gösterir. Açık-devre potansiyeli, geçişli bölgede bulunan Ag/AgCl'ye karşı +0.6 ile +0.9 V arasında dengelenir. Çukurlaşma gözlenmez; bunun yerine düzgün bir incelme meydana gelir. Karşılaştırıldığında, 70 derecede %3 NaCl içindeki 2. Sınıf titanyum, +0.1 ile +0.3 V arası pasif potansiyelle yılda 0,01–0,03 mm korozyon oranına sahiptir.
Konsantrasyon ve Sıcaklığın Korozyon Şiddetine Etkisi
Korozyon hızı hem dikromat konsantrasyonu hem de sıcaklıkla artar. %5 Na₂Cr₂O₇ ve 70 derecede korozyon oranı yılda 0,03–0,08 mm'dir. %10 ve 70 derecede, oran yılda 0,05-0,15 mm'dir. %15 ve 70 derecede bu oran yılda 0,08-0,20 mm'ye yükselir. %10 ve 50 derecede bu oran yılda 0,02-0,05 mm'ye düşer. %10 ve 90 derecede bu oran yılda 0,10-0,25 mm'ye çıkar. %20 ve 90 derecede bu oran yılda 0,15-0,35 mm'ye ulaşır. Transpasif çözünme yüzey boyunca eşit olarak meydana geldiğinden, korozyon çukurlaşma olmadan tekdüzedir. İşlemin aktivasyon enerjisi yaklaşık 40 kJ/mol'dür, bu da karışık kinetik ve difüzyon kontrolünü gösterir.
Dikromat Çözeltilerinde Farklı Titanyum Sınıflarının Korozyon Davranışı
Aşağıdaki tablo, çeşitli titanyum kalitelerinin %10 sodyum dikromat içindeki 70 derecede 1.000 saatte korozyon oranlarını pasif film özellikleriyle birlikte karşılaştırmaktadır.
| Titanyum Sınıfı | Korozyon Hızı (mm/yıl) | Yüzey Film Bileşimi | Açık-Devre Potansiyeli (V ve Ag/AgCl) | Çukurlaşma Gözlemlendi |
|---|---|---|---|---|
| Sınıf 2 (ticari olarak saf) | 0.05–0.15 | TiO₂ + Cr(OH)₃ (gözenekli) | +0.6 ile +0.9 arası | HAYIR |
| 7. Sınıf (Ti-0.15Pd) | 0.04–0.12 | TiO₂ + Cr(OH)₃ + Pd | +0.7 ile +1.0 arası | HAYIR |
| Sınıf 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) | 0.06–0.18 | TiO₂ + Cr(OH)₃ + MoO₃ | +0.5 ile +0.8 arası | HAYIR |
| Sınıf 5 (Ti-6Al-4V) | 0.08–0.22 | Karışık oksitler | +0.5 ile +0.8 arası | HAYIR |
Dikromat Hizmeti için Azaltma ve Malzeme Seçimi Kılavuzu
Sodyum dikromat çözeltilerinin ısıtılmasını gerektiren uygulamalar için aşağıdaki tabloda titanyum ısıtıcı seçimi ve çalışma limitlerine ilişkin öneriler verilmektedir.
| Dikromat Konsantrasyonu (%) | Sıcaklık (derece) | Önerilen Titanyum Sınıfı | Beklenen Korozyon Oranı (mm/yıl) | Beklenen Ömür (1,5 mm duvar) |
|---|---|---|---|---|
| <5 | <50 | 2. Sınıf | <0.03 | >10 yıl |
| 5–10 | 50–70 | 7. Sınıf | 0.05–0.12 | 3-5 yıl |
| 10–15 | 70 | 7. Sınıf | 0.08–0.20 | 2–3 yıl |
| >15 | >70 | Tavsiye edilmez | >0.20 | <2 years |
Sınıf Seçiminin Ötesinde Mühendislik
Duvar kalınlığı korozyona karşı tolerans sağlar; Yılda 0,10 mm korozyon oranına sahip 2,0 mm'lik bir duvar 20 yıl dayanır. Tüp yüzey kaplamasının transpasif çözünme üzerinde minimum etkisi vardır. Saf olmayan sudan oluşabilecek dikromat çözeltisindeki klorürlerin varlığı korozyon hızını 2-3 kat artırır. Sülfat iyonlarının eklenmesi hafif bir engelleyici etkiye sahiptir. Katodik reaksiyonu yavaşlatan oksijeni uzaklaştırmak için çözeltinin havasının alınmasıyla korozyon oranı %30-50 oranında azaltılabilir.
Bilgiye Dayalı Bir Spesifikasyon Yapmak
70 derecede %10 sodyum dikromat içindeki titanyum elektrikli daldırma ısıtıcı için, Sınıf 2 için yılda 0,05-0,15 mm veya Sınıf 7 için yılda 0,04-0,12 mm korozyon oranı bekleyin. 10-20 yıl hizmet ömrü sağlamak için minimum 2,0 mm duvar kalınlığı belirtin. Daha yüksek konsantrasyonlar veya sıcaklıklar için çalışma sıcaklığını düşürmeyi veya dikromat çözeltisini seyreltmeyi düşünün. Çalışma sırasında, ısıtıcıyı elektrik direncinde incelme belirtisi olabilecek değişiklikler açısından izleyin. Çözelti klorürlerle kirlenirse sıcaklığı 50 dereceye düşürün. Altı değerlikli kromun titanyumu pasifleştirmediğini ve bunun yerine transpasif çözünmeye neden olduğunu anlayan mühendis, sodyum dikromat çözeltilerinde öngörülebilir hizmet ömrü için uygun duvar kalınlığını ve derecesini seçer.
