Kako za grelec iz titanovega plašča, nameščenega v rezervoar z 8 % natrijevim boratom pri 95 stopinjah, vpliva gradient koncentracije borata v bližini površine cevi na stabilnost pasivnega filma pri cikličnem segrevanju?

Pufersko sredstvo in zaviralec korozije je natrijev borat (Na₂B₄O₇) pri 8% koncentraciji in 95 stopinjah. Boratni ioni (B4O72−) lahko ustvarijo zaščitno plast na titanu, vendar je stabilnost tega filma odvisna od koncentracije borata na kovinski površini. Ciklično segrevanje povzroči selitev ali obarjanje boratnih ionov, ki jih poganja temperaturni gradient skozi mejno plast. Tako se vzpostavi koncentracijski gradient z višjo koncentracijo borata v hladnejši množinski raztopini in nižjo na ogreti površini cevi. Ta gradient destabilizira pasivni film in povzroči regionalno redčenje. Pasivni film je stabilen, ko je koncentracija borata na površini večja od 2%.

Mehanizem razvoja gradienta koncentracije borata

Boratni ioni med segrevanjem-stacionarnega stanja difundirajo proti vroči površini titana, vendar jih toplotna difuzija (Soretov učinek) potisne stran od vroče površine. Končni rezultat je osiromašenje mejne plasti, tako da je koncentracija borata na površini cevi 10-30% nižja kot v glavni raztopini. Gradient koncentracije niha med cikličnim segrevanjem (cikli vklopa-izklopa). Ko grelec ciklično ugasne, se površina ohladi in boratni ioni difundirajo nazaj na površino, kar povzroči začasno pasivizacijo. Ko se grelec znova vklopi, se gradient ponovno vzpostavi in ​​površina postane izčrpana. To ponavljajoče se izčrpavanje in obnavljanje obremeni pasivni film, zaradi česar ta poči in se zlomi.

Kvantitativna stabilnost pasivnega filma glede na površinsko koncentracijo borata

Nadzorovano testiranje v 8 % natrijevem boratu (skupna koncentracija) pri 95 stopinjah pri cikličnem segrevanju (1 ura vklopljeno, 1 ura izklopljeno) je potrdilo stabilnost pasivnega filma titana stopnje 2 pri različnih površinskih koncentracijah borata. Debelina pasivnega filma za površinsko koncentracijo 4-5 % (obogateno) je 5-8 nm, film ostane stabilen in oprijemljiv in po 1000 ciklih se ne razvijejo luknjičaste luknje. Pri 3–4 % (skoraj v razsutem stanju) je debelina 3–5 nm, prevleka je razmeroma stabilna in po 500 ciklih se včasih razvijejo luknjice. Pri 2–3 % (zmerno osiromašeni) je debelina 2–4 ​​nm, film poči in se pojavi luknjanje po 200–400 ciklih. 1-2% (izčrpano), film pa je nestabilen z luknjanjem v 50–200 ciklih pri debelini 1–3 nm. Pod 1 % se pasivni film popolnoma razgradi in enakomerna korozija se pojavi pri 0,1-0,3 mm na leto.

Vpliv koncentracije borata in frekvence ciklov na izčrpavanje površine

Obseg izčrpanosti površine je odvisen od vsebnosti borata in frekvence ciklov. Pri cikličnem segrevanju je površinska koncentracija minimalna, 2-3 % pri 4 % nasipnega borata. Pri 6 % masi je površinska koncentracija 3–4 %, kar je zmerno stabilno. Koncentracija na površini je 4–5 % (stabilna) pri 8 % mase (nominalna). Površinska koncentracija je zelo stabilna pri 5–6 % za 10 % mase. Pri 6 ciklih na uro (10 min vklopljeno, 10 min izklopljeno) je površinska koncentracija 10–20 % nižja kot pri 2 ciklih na dan, ker mejna plast nima časa, da bi si opomogla.

Titanovi grelniki - Vodnik za koncentracijo borata in upravljanje cikla

Spodnja tabela vsebuje priporočila za množično koncentracijo borata in parametre cikla za vzdrževanje stabilnosti pasivnega filma na titanu stopnje 2 pri 95 stopinjah.

Koncentracija borata v razsutem stanju (%) Frekvenca cikla vklopa/izklopa % borata Ocenjena stabilnost površinske pasivne folije Priporočeno dejanje
6 <2 cycles/day 3-4 Moderate Acceptable
6 > 6 ciklov/uro 2–3 Mejno Povečajte koncentracijo
8 <2 cycles/day 4-5 Stable Optimal
8 >6 ciklov/uro 3-4 Zmerno Nižja frekvenca ciklov
10 Katerikoli 5–6 Zelo stabilen Prednostno za visoke cikle
12 Kateri koli 6–7 Zelo stabilen Nad-specifikacija ni potrebna
Inženiring brez nadzora koncentracije

Stopnja titana vpliva na stabilnost pasivne folije pod koncentracijskimi gradienti. Razred 7 (stabiliziran s paladijem) bo ohranil stabilen film pri površinskih koncentracijah borata do 1,5 % za večjo varnostno mejo. Vmesno izboljšanje – stopnja 12. Debelina stene ne vpliva na pasivni film. Hitrost ogrevanja je pomembna. Počasno naraščanje (1 stopinja/min) daje manjši gradient koncentracije kot hitro naraščanje (10 stopinj/min). Mešanje raztopine (mešalnik ali obtočna črpalka) zmanjša debelino mejne plasti in minimizira koncentracijski gradient.

Prepričana specifikacija

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 % med kolesarjenjem. Če je frekvenca ciklov večja od 6 ciklov na uro, povečajte skupno koncentracijo na 10 %. Za obstoječe grelnike z nestabilnostjo pasivnega filma (npr. neenakomerna poraba energije ali luknjanje) povečajte vsebnost borata na 10 % ali zmanjšajte frekvenco ciklov. Spremljajte pH in dodajte natrijev hidroksid, če med delovanjem pH pade pod 9. Inženir lahko prilagodi gradient koncentracije borata z zadostno množinsko koncentracijo in zniža frekvenco kroženja, da zagotovi stabilen pasivni film na titanovih grelcih.

info-717-483