Zakaj za titanov potopni grelnik v 5 % raztopini natrijevega persulfata pri 50 stopinjah persulfatni ion ne pasivira titana, čeprav je močan oksidant, in namesto tega povzroči transpasivno raztapljanje?

Natrijev persulfat (Na₂S₂O₈) je močan oksidant s standardnim redukcijskim potencialom za S₂O₈²⁻/SO₄²⁻ 2,01 V, kar je višje kot pri dušikovi kislini. V primeru titana persulfat povzroči transpasivno raztapljanje in ne vztrajno pasivacijo. Pri 50 stopinjah C močan oksidacijski potencial premakne površino titana v transpasivno območje nad 1,8 V v primerjavi z običajno vodikovo elektrodo, kjer se pasivna plast razgradi in se titan raztopi kot Ti 4 + s hitrostjo 0,2–0,5 mm na leto. Transpasivno raztapljanje je enakomerno, brez lukenj. Toda stopnja korozije je previsoka za večino aplikacij.

Mehanizem transpasivne raztapljanja, ki ga povzroča persulfat

Titan ima stabilno pasivno območje med približno 0 V in 1,8 V. Pri potencialih nad 1,8 V se film TiO2 oksidira v topne vrste Ti 4 +: TiO2 + 2H2O → Ti 4 + + 4OH - + 2e - . Skupni potencial titana v persulfatu, zelo močnem oksidantu, je 1,7–2,0 V. V tem območju je transpasivni tok raztapljanja velik. Korozija je enakomerna, saj je celotna površina v transpasivnem območju. Ne pride do lokalne rupture, vendar se film nenehno raztaplja.

Koncentracije persulfata Kvantitativna stopnja korozije kot funkcija

V primeru titana stopnje 2 je bilo s kontroliranim testiranjem v natrijevem persulfatu pri 50 stopinjah 500 ur ugotovljeno naslednje. Pri 0 % persulfata (osnovna vrednost) je stopnja korozije 0,005–0,010 mm/leto, površinski potencial je 0,2–0,5 V in mehanizem je pasiven. 1 % persulfata 0,05–0,12 mm/leto 1,2–1,5 V Mešani 3 % persulfat Stopnja 0,12–0,25 mm/leto Potencial 1,5–1,7 V Mehanizem Transpasivna iniciacija Pri 5 % persulfatu je hitrost 0,20–0,40 mm/leto, potencial 1,7–1,9 V, mehanizem pa je transpasiven. Hitrost je 0,35–0,60 mm/leto pri 10 % persulfatu, potencial je 1,8–2,0 V in mehanizem je močno transpasiven.

Učinek temperature na transpasivni prehod

Pri višjih temperaturah se transpasivno območje premakne k nižjim potencialom. Stopnja korozije je transpasivna in znaša 0,10–0,20 mm/leto pri 25 stopinjah in 5 % persulfatu. Pri 40 stopinjah zraste 0,15–0,30 mm na leto. Stopnja je 0,20-0,40 mm/leto pri 50 stopinjah. Stopnja je 0,30–0,60 mm na leto pri 60 stopinjah. Stopnja je več kot 0,50 mm/leto nad 70 stopinj. Višja kot je temperatura, hujša je transpasivna raztapljanje.
**Vodnik za izbiro materiala pri servisiranju persulfata

Naslednja tabela podaja priporočila za segrevanje raztopin natrijevega persulfata glede na koncentracijo in temperaturo.

Koncentracija persulfata (%) Temperatura (stopinja) Stopnja korozije 2. stopnje (mm/leto) Stopnja korozije (mm/leto) Priporočeni material stopnje 7<1 50 0.05–0.10 0.03–0.06 Grade 7 with thick wall 1–3 40 0.08–0.15 0.05–0.10 PTFE-coated titanium 1–3 50 0.12–0.25Not recommended for titanium 3–5 30 0.10–0.20 0.06–0.12 Tantalum or PTFE >5 Any >0.20 >0,12 Tantal ali PTFE
Titanium and Beyond Engineering Choices

Transpasivne stopnje raztapljanja stopnje 7 so nekoliko nižje od stopnje 2 (zmanjšanje za 30–50 %) zaradi obogatitve s paladijem, vendar izboljšanje ni zadostno, da bi titan postal primeren za uporabo s persulfatom. Debelina stene je podana za dodatek proti koroziji. Z 2,0 mm stene in 0,20 mm na leto korozije bo stena vzdržala 10 let, vendar je to zanemarljivo. Titanovi grelci s PTFE prevleko zagotavljajo veliko odpornost in ohranjajo kovino izolirano od raztopine persulfata. Tantal ima veliko višje pasivno območje in je odporen na persulfat. Tudi cirkonij deluje dobro, vendar je drag.

Specifikacija Zaupanje

Predvidena stopnja korozije za titanov potopni grelnik v 5 % natrijevem persulfatu pri 50 stopinjah je 0,20–0,40 mm na leto, kar je previsoko za dolgotrajno uporabo. Uporabite titanov grelec s prevleko iz PTFE ali tantalov grelnik. 0.5 mm PTFE. Debelina stene mora biti 2,5 mm, če je potreben titan, mora biti koncentracija persulfata 2 % in temperatura 40 stopinj. Med delovanjem enkrat letno preverite debelino grelnika. Ko je debelina stene 1,0 mm, zamenjajte grelec. Ker ve, da je persulfat transpasivno raztapljalo in ne pasivator, inženir izbere ustrezne materiale za to močno oksidacijsko okolje.