Titán elektromos merülőfűtőben 10%-os nátrium-dikromát oldathoz 70 fokon, miért nem passziválja a hat vegyértékű krómion a titán felületét annak ellenére, hogy erős oxidálószer?

A nátrium-dikromát (Na2Cr2O7) 10%-os és 70 fokos erősen oxidáló oldat. A hat vegyértékű króm (Cr⁶⁺) erős oxidálószer, amelynek tipikus redukciós potenciálja +1.33 V a Cr2O72⁻/Cr3⁺ esetén. A kromát ionok passzivitást váltanak ki több fémben, pl. rozsdamentes acélban. De a titán nem képez stabil passzív filmet hat vegyértékű krómmal. Mivel a krómionok nem épülnek be a titán-dioxid rácsába, a magas oxidációs potenciál ténylegesen a titánt a transzpasszív területre nyomja, és a passzív film folyamatos szétesését okozza. A titán korróziós sebessége 10%-os nátrium-dikromátban 70 fokon 0,05-0,15 mm/év, ami magasabb, mint sok semleges klorid oldatban.

A titán viselkedése hat vegyértékű króm oldatokban

A titánt egy stabil TiO₂ réteg passziválja. A dikromát oldatokban a titán felületén a redukciós reakció Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e- → 2Cr 3+ + 7H 2 O. Ennek a reakciónak a nagy kicserélési áramsűrűsége a titán vegyes potenciálját +1.0 V-t meghaladó értékekre emeli a hagyományos hidrogénelektróddal szemben. Ilyen nemespotenciáloknál a titán a transzpasszív területen található, ahol a TiO2 bevonat tovább oxidálódik oldható Ti4+-fajtákká. Ahelyett, hogy stabil lenne, a passzív film folyamatosan oldódik. Ezenkívül a kromát ionok nem hoznak létre oldhatatlan vegyületeket a titánnal, amelyek zárórétegként működhetnének, mint a vas vagy a króm esetében, ahol a kromát védő spinel-oxidokat képez.

Kvantitatív korróziós arányok és felületi elemzés

A következő korróziós viselkedést a 2. fokozatú titán esetében 10%-os Na2Cr2O7-ben, 70 fokon, 1000 órán keresztül ellenőrzött teszteléssel fejlesztették ki. A korrózió sebessége 0.05 - 0.15 mm/év, azaz. 5 - 15-szer nagyobb, mint az azonos hőmérsékletű édesvízben. Króm-oxid vagy -hidroxid rakódik le a felületen, ami sárga{13}}barna elszíneződést okoz. A röntgen fotoelektron spektroszkópiai vizsgálatok azt mutatják, hogy a felületi bevonat TiO2 és Cr(OH)3 kombinációja, de a film porózus és nem{18}}védő hatású. A nyitott -áramköri potenciál a +0.6 és +0.9 V közötti transzpasszív tartományban volt az Ag/AgCl ellen. Egyenletes elvékonyodás figyelhető meg, gödrösödés nem észlelhető. 3%-os NaCl-ban 70 fokon a 2. fokozatú titán korróziós sebessége 0,01-0,03 mm/év, passzív potenciálja pedig +0.1 és +0.3 V között van.

A koncentráció és a hőmérséklet hatása a korrózió intenzitására

A korrózió sebessége a dikromát koncentrációjának és a hőmérséklet növekedésével nő. A korrózió sebessége 0,03-0,08 mm/év 5% Na2Cr2O7 és 70 °C mellett. Az arány 10% és 70 fok között 0,05–0,15 mm yr−1 . 15% és 70 fok esetén az arány évi 0,08–0,20 mm-re nő. 10%-nál és 50 foknál az arány 0,02-0,05 mm/év értékre csökken. 10%-os és 90 fokos szögben az arány évi 0,10-0,25 mm. 20 százalékos hőmérsékleten és 90 C fokon az arány évi 0,15-0,35 mm. A transzpasszív kioldódás egyenletesen megy végbe a teljes felületen, és az oldódás egyenletes, gödrösödés nélkül. A vegyes szabályozás kinetikai diffúziója látható, a folyamat aktiválási energiája kb. 40 kJ/mol.

Titánminőségek korróziós viselkedése dikromát oldatokban

Az alábbi táblázat bemutatja számos titánminőség korróziós sebességét és passzív filmjellemzőit 10%-os nátrium-dikromátban 70 fokon 1000 órán keresztül.

Titán fokozatú korróziós sebesség (mm/év) Felületi film összetétele Nyitott áramköri potenciál (V vs. Ag/AgCl) Pitting megfigyelt
2. fokozat (kereskedelmileg tiszta) Porózus 0,05-0,15 TiO₂ + Cr(OH)₃ +0.6 - +0.9 Nem
7. fokozat (Ti-0,15Pd) 0,04–0,12 TiO₂ + Cr(OH)₃ + Pd +0.7 - +1.0 Nem
12. fokozat (Ti-0,3Mo-0,8Ni) 0,06-0,18TiO2 + Cr(OH)3 + MoO3 +0.5 - +0.8 Nem
5. fokozat (Ti-6Al-4V) 0,08-0,22 Vegyes oxidok +0.5 - +0.8 Nem
Dichromate szolgáltatás mérséklési és anyagválasztási útmutató

## Javaslatok a titán fűtőelem kiválasztásához és a nátrium-dikromát oldatok hevítésének működési korlátai A következő táblázat ajánlásokat tartalmaz a titán fűtőelem kiválasztásához és a nátrium-dikromát oldatok melegítését igénylő alkalmazások működési határértékeihez.

Dikromát koncentrációja (%) Hőmérséklet ( fok ) Javasolt titánminőségű tervezett korróziós sebesség (mm/év) Várható élettartam (1,5 mm-es fal)<5 <50 Grade 2 <0.03 > 10 years 5-10 50-70 Grade 7 0.05-0.12 3-5 years 10-15 70 Grade 7 0.08-0.20 2-3 years >15 >70 Not recommended >0.20 <2 years
-Osztályválasztási mérnöki munka

A falvastagság korróziót enged. Egy 2,0 mm-es fal évente 0,10 mm-es korróziós sebességgel 20 évig bírja. A transzpasszív oldódást nem nagyon befolyásolja a cső felületi minősége. A korrózió sebessége 2-3-szorosára növekszik kloridok jelenlétében a dikromát oldatban, ami a piszkos víz használatának tudható be. A szulfátionok jelenléte enyhe gátló hatással bír. A katódos reakciót az oldat légtelenítése lassítja az oxigén eltávolítása érdekében, ami 30-50%-kal csökkenti a korróziós sebességet.

Tájékozott spekuláció

A titán elektromos merülőmelegítők 10%-os nátrium-dikromátban 70 fokos korróziós sebessége előreláthatólag 0,05-0,15 mm/év a 2. fokozatnál és 0,04-0,12 mm/év a 7. fokozatnál. A 10-20 éves élettartam érdekében 2,0 mm-es minimális falvastagságot adjon meg. Ha magasabb a koncentrációja vagy a hőmérséklete, érdemes megfontolni a munkahőmérséklet csökkentését vagy a dikromát oldat hígítását. Amíg a fűtőberendezés működik, keresse az elektromos ellenállás változásait, amelyek elvékonyodásra utalhatnak. Ha az oldat kloridokkal szennyeződik, csökkentse a hőmérsékletet 50 fokra. A mérnök tudja, hogy a hat vegyértékű króm nem passziválja a titánt, hanem transzpasszív oldódást eredményez. A mérnök kiválasztja a megfelelő falvastagságot és minőséget, hogy kiszámítható élettartamot biztosítson a nátrium-dikromát oldatokban.