Egy 8%-os nátrium-borátot tartalmazó 95 fokos tartályba szerelt titánhüvelyes fűtőtest esetében hogyan befolyásolja a borát koncentráció gradiens a cső felülete közelében a passzív film stabilitását ciklikus melegítés alatt?

Pufferanyag és korróziógátló a nátrium-borát (Na2B4O7) 8%-os koncentrációban és 95 fokos hőmérsékleten. A borátionok (B4O72−) védőréteget képezhetnek a titánon, de ennek a filmnek a stabilitása a borát fémfelületi koncentrációjától függ. A ciklikus melegítés hatására a borát ionok vándorolnak vagy kicsapódnak a határrétegen áthaladó hőmérsékleti gradiens hatására. Így egy koncentrációgradiens jön létre, ahol a borát koncentrációja magasabb a hidegebb ömlesztett oldatban, és alacsonyabb a fűtött csőfelületen. Ez a gradiens destabilizálja a passzív filmet és regionális elvékonyodást okoz. A passzív film akkor stabil, ha a borát koncentrációja a felületen meghaladja a 2%-ot.

A borát koncentráció gradiens fejlődésének mechanizmusa

A borátionok a forró titánfelület felé diffundálnak az állandó-állapotú melegítés során, de a hődiffúzió (Soret-effektus) eltávolítja őket a forró felülettől. A nettó eredmény a határréteg kimerülése, így a borát koncentrációja a cső felületén 10-30%-kal alacsonyabb, mint az ömlesztett oldatban. A koncentráció gradiens oszcillál a ciklikus melegítés során (be--kikapcsolási ciklusok) . Ahogy a fűtőelem lehűl a felületről, a borátionok visszadiffundálnak a felületre, ami átmeneti passzivációt eredményez. Amikor a fűtőberendezés újra bekapcsol, a gradiens visszaáll, és a felület kimerül. Ez az ismételt kimerülés és helyreállítás feszültséget okoz a passzív fóliában, ami megrepedt és szétreped.

Kvantitatív passzív filmstabilitás a felületi borát koncentráció tekintetében

Ellenőrzött tesztelés 8%-os nátrium-borátban (tömeges koncentráció) 95 fokon, ciklikus melegítés mellett (1 óra bekapcsolva, 1 óra kikapcsolva) megerősítette a 2. fokozatú titán passzív filmstabilitását változó felületi borátkoncentrációk mellett. A passzív filmvastagság 4-5%-os felületkoncentrációnál (dúsított) 5-8 nm, a film stabil és tapadó marad, 1000 ciklus után nem alakul ki lyukképződés. 3-4 %-nál (közel ömlesztett) a vastagság 3-5 nm, a bevonat meglehetősen stabil, és 500 ciklus után néha lyukképződés alakul ki. 2-3%-nál (közepes kimerülésnél) a vastagság 2-4 nm, a film 200-400 ciklus. 1-2% (kimerült) után megreped és lyukacsosodás indul be, és a film 50-200 cikluson belül instabil, 1-3 nm vastagságban gödrösödik. 1% alatt a passzív film teljesen lebomlik és egyenletes korrózió lép fel évente 0,1-0,3 mm-rel.

A borátkoncentráció és a ciklusfrekvencia hatása a felületi fogyásra

A felszíni kimerülés mértéke az ömlesztett boráttartalomtól és a ciklus gyakoriságától függ. Ciklikus melegítés mellett a felületi koncentráció minimális, 2-3 % 4 % ömlesztett borát mellett. 6 % ömlesztésnél a felületi koncentráció 3-4 %, ami közepesen stabil. A felületi koncentráció 4-5% (stabil), 8% ömlesztett (névleges) mellett. A felületi koncentráció nagyon stabil, 5-6% 10% ömlesztett mennyiség esetén. Óránkénti 6 ciklusnál (10 perc be, 10 perc kikapcsolva) a felületi koncentráció 10-20%-kal alacsonyabb, mint a napi 2 ciklusnál, mivel a határrétegnek nincs ideje helyreállni.

Titán fűtőtestek - Útmutató a borátkoncentrációhoz és a cikluskezeléshez

Az alábbi táblázat ajánlásokat tartalmaz az ömlesztett borát koncentrációra és a ciklus paramétereire vonatkozóan a passzív film stabilitásának fenntartásához Grade 2 titánon 95 fokon.

Tömeges borát koncentráció (%) Be/Ki ciklus frekvencia % Borát becsült felület Passzív filmstabilitás Javasolt művelet
6 <2 cycles/day 3-4 Moderate Acceptable
6 > 6 ciklus/óra 2-3 Marginális Növelje a koncentrációt
8 <2 cycles/day 4-5 Stable Optimal
8 >6 ciklus/óra 3-4 Mérsékelt Alacsonyabb ciklusfrekvencia
10 Bármely 5-6 Rendkívül stabil Magas kerékpározáshoz ajánlott
12 Bármilyen 6–7 Nagyon stabil A túl-specifikáció nem szükséges
Mérnöki tervezés koncentrációszabályozás nélkül

A titán minőség befolyásolja a passzív film stabilitását koncentrációs gradiens mellett. A 7-es fokozat (palládium stabilizált) stabil filmet tart fenn 1,5%-os felületi borátkoncentrációnál a nagyobb biztonsági ráhagyás érdekében. Közepes javítás – 12. fokozat. A passzív fóliát nem befolyásolja a falvastagság. Fontos a fűtés mértéke. A lassú felfutás (1 fok/perc) kisebb koncentráció gradienst ad, mint a gyors felfutás (10 fok/perc). Az oldat keverése (keverő vagy recirkulációs szivattyú) csökkenti a határréteg vastagságát és minimalizálja a koncentráció gradienst.

Magabiztos specifikáció

For a titanium sheath heater in 8 % sodium borate at 95 °C with cyclic heating, the bulk borate concentration should be 8–10 % to have a surface concentration >4% kerékpározás közben. Ha a ciklusok gyakorisága meghaladja az óránkénti 6 ciklust, növelje az ömlesztett koncentrációt 10%-ra. A passzív fólia instabilitású (pl. szabálytalan energiafogyasztás vagy lyukak) meglévő fűtőberendezéseknél növelje a boráttartalmat 10%-ra, vagy csökkentse a ciklus gyakoriságát. Figyelje a pH-t, és adjon hozzá nátrium-hidroxidot, ha a pH 9 alá csökken működés közben. A mérnök megfelelő tömegkoncentrációval állíthatja be a borát koncentráció gradienst, és csökkentheti a ciklus gyakoriságát, hogy stabil passzív filmet biztosítson a titán fűtőtesteken.

info-717-483