%5'lik Sodyum Tartrat Çözeltisini 103 Derecede Kaynatmak İçin Titanyum Kılıf Isıtıcısı Kullanıldığında, Tartrat İyonu Neden Titanyum İyonlarıyla Kompleks Yapar ve Yeniden Pasifleşmeyi Önler, Bu da Yılda 0,2 Mm'lik Düzgün Korozyona Yol Açar?
Mesaj bırakın
103 derecede (kaynama) %5 sodyum tartrattaki tartarat iyonu (C₄H₄O₆²⁻), titanyum için güçlü bir şelatlayıcı ajandır. Çukurlaşmaya neden olan klorür veya florürün aksine tartrat, çözünür titanyum-tartrat kompleksleri oluşturur: Ti⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]⁴⁻. Bu kompleksleşme, Ti⁴⁺ iyonlarını oluştukça yüzeyden uzaklaştırır ve stabil bir pasif film oluşumunu engeller. Koruyucu bir film olmadığında titanyum, lokalize çukurlaşma olmaksızın, yılda 0,15-0,25 mm'lik sabit bir oranda, düzgün bir şekilde korozyona uğrar. Korozyon hızı, başlangıç geçici periyodundan sonra zamandan bağımsızdır.
Tartrat-kaynaklı Tek Tip Korozyon Mekanizması
Tartrat iyonları, Ti⁴⁺ ile kararlı beş-üyeli şelat halkaları oluşturan birden fazla hidroksil ve karboksil grubuna sahiptir. Ti-tartrat kompleksinin oluşum sabiti çok yüksektir (log K ≈ 20). Bu, metal yüzeyinden salınan herhangi bir Ti⁴⁺'nin hemen kompleksleşip çözelti halinde uzaklaştırıldığı anlamına gelir. Pasif film oluşamaz çünkü TiO₂'nin çözünürlük ürünü yalnızca çok yüksek yerel Ti⁴⁺ konsantrasyonlarında aşılır. Korozyon, metalin doğrudan çözünmesiyle ilerler: Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻, ardından hızlı kompleksleşme gelir. Yerel olarak parçalanacak pasif film olmadığından süreç tekdüzedir.
Tartrat Konsantrasyonunun Bir Fonksiyonu Olarak Kantitatif Korozyon Hızı
500 saat boyunca sodyum tartarat çözeltilerinin (103 derece) kaynatılmasıyla yapılan kontrollü testler, Derece 2 titanyum için aşağıdakileri ortaya koymuştur. %0 tartratta (saf su), korozyon oranı yılda 0,005–0,010 mm'dir, yüzey parlaktır ve mekanizma pasiftir. %1 tartratta oran yılda 0,03-0,06 mm'dir, yüzeyde hafif aşınma görülür ve mekanizma karışıktır. %3 tartratta oran yılda 0,08-0,15 mm'dir, yüzeyde tek biçimli aşındırma vardır ve kompleksleşme hakimdir. %5 tartratta oran yılda 0,15–0,25 mm'dir, yüzey tek tip mat bir yüzeye sahiptir ve mekanizma-baskındır. %10 tartratta oran yılda 0,20-0,35 mm'dir, yüzey tekdüze mattır ve mekanizma ciddi kompleksleşmedir.
PH ve Sıcaklığın Kompleksleşme Hızına Etkisi
Kompleksleşme hızı ve korozyon hızı pH ve sıcaklığa bağlıdır. 60 derecede ve %5 tartratlı pH 7'de korozyon oranı yılda 0,04–0,08 mm'dir. 80 derecede ve pH 7'de bu oran yılda 0,08-0,15 mm'dir. 100 derecede ve pH 7'de bu oran yılda 0,15-0,25 mm'dir. 100 derecede ve pH 9'da bu oran yılda 0,10-0,18 mm'dir (daha yüksek pH korozyonu yavaşlatır). 100 derecede ve pH 5'te bu oran yılda 0,20–0,35 mm'dir (düşük pH korozyonu hızlandırır). Aktivasyon enerjisi yaklaşık 50 kJ/mol'dür.
Titanyum Isıtıcılar için Tartrat Konsantrasyonu ve pH Kontrol Kılavuzu
Aşağıdaki tabloda, sodyum tartarat çözeltilerindeki Derece 2 ve Derece 7 titanyum ısıtıcılar için çalışma koşullarına ilişkin öneriler verilmektedir.
| Sodyum Tartrat Konsantrasyonu (%) | Sıcaklık (derece) | pH | 2. Derece Korozyon Oranı (mm/yıl) | 7. Derece Korozyon Oranı (mm/yıl) | Tavsiye |
|---|---|---|---|---|---|
| <1 | 100 | 7 | 0.03–0.06 | 0.02–0.04 | Kabul edilebilir |
| 1–3 | 80 | 7 | 0.05–0.10 | 0.03–0.06 | Kabul edilebilir |
| 3–5 | 80 | 7 | 0.08–0.15 | 0.05–0.10 | 7. Sınıfı kullanın |
| 3–5 | 100 | 7 | 0.15–0.25 | 0.10–0.18 | 7 +. Sınıf kalın duvar kullanın |
| 5–10 | 100 | 9 | 0.10–0.18 | 0.06–0.12 | PH'ı artırın |
| >10 | Herhangi | Herhangi | >0.20 | >0.12 | Tavsiye edilmez |
Tartrat Konsantrasyon Kontrolünün Ötesinde Mühendislik
Titanyum derecesi kompleksleşme oranını etkiler. Derece 7 (paladyum-stabilize edilmiş), tartarat çözeltilerinde Derece 2'ye göre %30-50 daha düşük korozyon oranlarına sahiptir çünkü paladyum, karmaşık koşullar altında bile ince bir pasif filmin korunmasına yardımcı olur. 12. Sınıf orta düzeyde iyileşme sunar. Duvar kalınlığı korozyona karşı tolerans sağlar; 2,0 mm'lik bir duvarın yıllık 0,15 mm'lik düzgün korozyonu 13 yıl sürer. Yüzey kaplamasının düzgün korozyon üzerinde önemli bir etkisi yoktur. Sodyum hidroksit eklenerek pH'ın 9'a yükseltilmesi korozyon oranını %30-40 oranında azaltır. Sıcaklığın 100 dereceden 80 dereceye düşürülmesi oranı %50 azaltır.
Bilgiye Dayalı Bir Spesifikasyon Yapmak
103 derecede %5 sodyum tartratlı bir titanyum kılıflı ısıtıcı için, tekdüze korozyonu baskın mekanizma olarak kabul edin. Korozyon oranını yılda 0,10-0,18 mm'ye düşürmek için Grade 7 titanyumu belirtin. 10-15 yıllık hizmet ömrü sağlamak için 2,0 mm et kalınlığı kullanın. Mümkünse sodyum hidroksit ekleyerek pH'ı 9'a yükseltin veya sıcaklığı 80 dereceye düşürün. Çalışma sırasında ısıtıcı kalınlığını ultrasonik ölçümle yıllık olarak izleyin; duvar kalınlığı 0,5 mm'ye ulaştığında ısıtıcıyı değiştirin. Mühendis, tartrat iyonlarının titanyum iyonlarını kompleksleştirdiğini ve yeniden pasivasyonu önlediğini anlayarak, öngörülebilir tekdüze korozyon için uygun kaliteyi ve duvar kalınlığını seçer.
