Katera stopnja titanove zlitine (1, 2, 7 ali 12) v vodnem sistemu visoke-čistosti s sledovi amoniaka zagotavlja najnižjo stopnjo sproščanja kovinskih ionov?

V farmacevtski proizvodnji, izdelavi polprevodnikov in proizvodnji električne energije imajo visoko{0}}vodni sistemi zelo nizko skupno raztopljeno trdno snov (TDS), pogosto manjšo od 0,1 µS/cm prevodnosti. Kadar taki sistemi zahtevajo potopljeno ogrevanje, material grelnika ne sme oddajati kovinskih ionov, ki onesnažujejo izdelek ali škodijo kakovosti vode. Sledi amoniaka (0,5-5 ppm) se pogosto najdejo pri predhodnih postopkih čiščenja ali kot regulator pH; Čista voda ima zelo dobro splošno odpornost proti koroziji za vse stopnje titana, vendar prisotnost amoniaka spremeni elektrokemijo površine in stabilnost pasivnega filma, kar ima za posledico opazne razlike v stopnjah sproščanja kovinskih ionov za stopnje 1, 2, 7 in 12. Izbira primerne stopnje je odvisna od poznavanja obnašanja legirnih elementov v stiku z amoniakom pri povišanih temperaturah (60–95 stopinj) in od zmanjšanje izpiranja titanovih ionov.

Mehanizmi sproščanja titanovih ionov v vodi z visoko čistostjo amonijaka

V vodi visoke čistosti z nevtralnim do blago alkalnim pH titan proizvaja zelo nizko topen, stabilen pasivni film TiO 2 . Vendar je amoniak (NH$_{3}$) sredstvo za kompleksiranje titanovih ionov. Ko se površina grelnika bolj segreje, je prednostna naslednja reakcija: kompleksi Ti4⁴⁺ + nNH3 → [Ti(NH3)n]4+. Ti topni kompleksi odstranijo titan s površine, nenehno izpostavljajo novo kovino oksidaciji in ohranjajo enakomerno hitrost sproščanja. Hitrost sproščanja nadzirajo trije elementi. To so; gostota napak v pasivnem filmu (funkcija sestave zlitine), konstanta tvorbe kompleksa (funkcija temperature) in lokalni gradient pH na površini cevi. Stopnja 1, ki ima najnižjo koncentracijo kisika in železa med komercialno čistimi razredi, običajno proizvede najbolj stehiometrično in{14}}pasivno folijo brez napak. Stopnja 2 vključuje znatno več železa (največ 0,20 % v primerjavi z največ 0,12 % v stopnji 1), kar ima za posledico lokalizirana katodna mesta in večjo gostoto pasivnega toka. Grade 7 (0,12-0,25 % paladij) in Grade 12 (0,3 % molibden, 0,8 % nikelj) imata dodatke plemenitih in prehodnih kovin, ki bistveno spremenijo električne lastnosti filma.

Kvantitativne stopnje sproščanja ionov za vsak razred titana

Naslednje-stopnje sproščanja titana v stanju dinamičnega ravnovesja, izmerjene z masno spektrometrijo z induktivno sklopljeno plazmo (ICP-MS), so bile ugotovljene v nadzorovanih potopnih preskusih v simulirani visoko{2}}čisti vodi, ki vsebuje 2 ppm NH3 pri 85 stopinjah in s prevodnostjo manj kot 0,5 µS/cm.

Titan stopnje 1: Stopnja sproščanja titana 0,8-1,2 ng/cm2·dan. Osnovna kovina visoke-čistosti (najmanj 99,5 % Ti) ustvari najbolj enakomeren pasivni film z najmanjšo gostoto napak. Stabilizacijo alfa faze brez galvanske heterogenosti dosežemo s sodopiranjem s kisikom (0,10–0,15 %).

Titan stopnje 2 Hitrost elucije titana 2,5 – 4,0 ng/cm2 . dan. Intermetalni delci, bogati z železom (Ti2Fe), so mikro-katode in povečajo pasivno gostoto toka za 2-3-krat večjo od stopnje 1. Sprejemljivo za industrijske vodne sisteme, vendar ni idealno za polprevodniške ali farmacevtske aplikacije.

Titan stopnje 7: Hitrost sproščanja titana od 1,0 do 1,8 ng/cm2·dan. Paladij se med oksidacijo kopiči na površini, spodbuja procese katodne redukcije in zmanjšuje gostoto pasivnega toka pod stopnjo 1. Vendar pa samo izpiranje paladija pri 0,2–0,4 ng/cm2·dan povzroči kontaminacijo s plemenito kovino.

Titan stopnje 12: Stopnja sproščanja titana 1,5-2,2 ng/cm 2 ·dan. Stabilne okside (MoO3, NiO) tvorita v pasivnem filmu Mo in Ni. Skupno sproščanje kovin (Ti + Mo + Ni) je 2,0–3,0 ng/cm2•dan. Stopnje emisij niklja 0,3–0,5 ng/cm2•dan so lahko težavne za več bioloških ali katalitskih procesov.

Vodnik za izbiro razreda titana glede na aplikacijo

Naslednja tabela predstavlja matriko odločitev za pomoč pri izbiri najboljšega razreda titana na podlagi standardov kakovosti vode in občutljivosti-za končno uporabo.

Vodni sistem visoke-čistosti in občutljivost na onesnaženje Priporočena utemeljitev kakovosti titana in značilnosti izpiranja kovin
Polprevodniško izpiranje (manj kot ali enako 10 nm vozlišču), kovinski ioni pod ppt detekcijo stopnje 1, elektropolirana površina Najnižje sproščanje titanovih ionov (manj kot ali enako 1,2 ng/cm2/dan). Brez onesnaženja z legirnimi elementi. Elektropoliranje dodatno zmanjša površino. najvišja stroškovna premija
Farmacevtska voda za injekcije - USP<643>Stopnja spremljanja skupnega organskega ogljika 1 ali 7. Prednostna stopnja 1 za minimalno aditivno izpiranje. Razred 7 sprejemljiv, ob predpostavki, da paladij ni omejen. Ne uporabljajte niklja stopnje 12
Napajalna voda kotla za proizvodnjo električne energije (podkritična, 1000 psi) Amoniak > 2 ppm Razred 2 (redno) Sprejemljiva zmerna stopnja izpusta z neprekinjenim izpihovanjem in poliranjem kondenzata. Najslabša ocena.
Voda visoke čistosti za predelavo hrane (mešanje pijač) Amoniak iz stranskih produktov dezinfekcije Dodatek molibdena stopnje 12 nudi dodatno odpornost proti luknjičastim madežem, če so kloridi občasno prisotni. Sprejmite < 0,5 ppb sproščanja niklja v izdelek.
Laboratorijski analitični vodni sistem tipa I (18,2 MΩ·cm upornost) Najnižja možna stopnja ozadja 7 s stabilizacijo pasivnega filma. Dodatek paladija dejansko zmanjša sproščanje titana pod 1. stopnjo. Potrebna je potrditev, da paladij ne bo motil analitskih postopkov.
Poleg izbire stopnje zlitine v inženirstvu

Stopnja zlitine ni edini parameter, ki nadzoruje emisijo kovinskih ionov. Stopnje sproščanja so precej občutljive na končno obdelavo površine: elektropolirana površina (Ra < 0,2 µm) ima 30-40 % manjšo površino kot ne-vlečena cev (Ra ≈ 1,0 µm) z enakimi geometrijskimi dimenzijami in zato sorazmerno nižje absolutne stopnje sproščanja. Pasivno predkondicioniranje filma (z vzdrževanjem grelnika pri 70 stopinjah v vodi visoke čistosti 72 ur pred uporabo) omogoča, da film doseže stabilno stanje in zmanjša začetne stopnje sproščanja za 50-60 %. Izbira debeline stene ne vpliva neposredno na stopnjo sproščanja na enoto površine, vendar bodo debelejše stene podaljšale življenjsko dobo pred morebitno zamenjavo zaradi enakomernega tanjšanja (običajno<0.01 mm/yr in high purity water).

Izdelava premišljene specifikacije

Če navajate grelnik iz titana za sistem vode visoke čistosti s sledovi amoniaka, prosite dobavitelja za certificirana poročila o preskusu materiala (MTR), ki določajo določeno stopnjo zlitine in omejitve elementov v sledovih. Za polprevodniške ali farmacevtske aplikacije, kjer je kritično najnižje sproščanje kovin, navedite titan stopnje 1 z elektropoliranim zaključkom do Ra manj kot ali enako 0,2 µm in tovarniško pasivacijo v deionizirani vodi pri 80 stopinjah za 24 ur. Stroškovno učinkovito ravnotežje za električne ali industrijske aplikacije ponuja razred 2. Vedno združite navedeni razred z rutino izpiranja ob zagonu, ki odstrani površinske nečistoče iz proizvodnje, preden grelec začne obratovati. Ta sistematična metodologija zagotavlja, da bo titanov grelnik dodal zelo malo kovinskih ionov v sistem vode visoke čistosti v življenjski dobi enote.