Zakaj v titanovem električnem potopnem grelniku za 10-odstotno raztopino natrijevega dikromata pri 70 stopinjah šestvalentni kromov ion ne pasivira površine titana, čeprav je močan oksidant?

Natrijev dikromat (Na2Cr2O7) je močno oksidativna raztopina pri 10% in 70 stopinjah. Šestvalentni krom (Cr⁶⁺) je močan oksidant s tipičnim redukcijskim potencialom +1.33 V za Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺. Kromatni ioni povzročajo pasivnost v več kovinah, npr. nerjavnem jeklu. Toda titan ne tvori stabilnega pasivnega filma s šestvalentnim kromom. Ker kromovi ioni niso vključeni v mrežo titanovega dioksida, visok oksidacijski potencial dejansko potisne titan v transpasivno območje in povzroči nadaljnjo razgradnjo pasivnega filma. Stopnja korozije titana v 10 % natrijevem dikromatu pri 70 stopinjah je 0,05-0,15 mm/leto, kar je višje kot v mnogih nevtralnih kloridnih raztopinah.

Obnašanje titana v raztopinah šestvalentnega kroma

Titan je pasiviran s stabilno plastjo TiO₂. V dikromatnih raztopinah je reakcija redukcije na površini titana Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e- → 2Cr 3+ + 7H 2 O. Visoka gostota izmenjevalnega toka te reakcije dvigne mešani potencial titana na vrednosti, ki presegajo +1.0 V v primerjavi z običajno vodikovo elektrodo. Pri takih plemenitih potencialih je titan v transpasivnem območju, kjer se prevleka TiO2 nadalje oksidira v topne vrste Ti4+. Namesto da bi bil stabilen, se pasivni film nenehno raztaplja. Prav tako kromatni ioni ne ustvarjajo netopnih spojin s titanom, ki bi lahko delovale kot pregradna plast, kot je to v primeru železa ali kroma, kjer kromat tvori zaščitne spinelne okside.

Kvantitativne stopnje korozije in površinska analiza

Naslednje korozijsko obnašanje titana stopnje 2 je bilo razvito s kontroliranim testiranjem v 10 % Na2Cr2O7 pri 70 stopinjah 1000 ur. Hitrost korozije je 0.05 - 0.15 mm/leto, tj. . 5 - 15-krat večja kot v sladki vodi pri enaki temperaturi. Kromov oksid ali hidroksid se nanese na površino, kar povzroči rumeno-rjavo obarvanje. Študije rentgenske fotoelektronske spektroskopije kažejo, da je površinski premaz kombinacija TiO2 in Cr(OH)3, vendar je film porozen in ne-zaščiten. Potencial odprtega{20}}vezja je bil v transpasivnem območju med +0.6 in +0.9 V v primerjavi z Ag/AgCl. Opazno je enakomerno redčenje, brez luknjičastih lukenj. V 3 % NaCl pri 70 stopinjah ima titan stopnje 2 stopnjo korozije 0,01–0,03 mm na leto in pasivni potencial od +0.1 do +0.3 V.

Vpliv koncentracije in temperature na intenzivnost korozije

Hitrost korozije se poveča s povečanjem koncentracije dikromata in temperature. Stopnje korozije so 0,03 do 0,08 mm/leto pri 5 % Na2Cr2O7 in 70C. Stopnja pri 10 % in 70 stopinjah je 0,05–0,15 mm na leto−1 . Pri 15 % in 70 stopinjah se hitrost poveča na 0,08–0,20 mm na leto. Pri 10 % in 50 stopinjah se hitrost zniža na 0,02–0,05 mm/leto. Pri 10 % in 90 stopinjah je stopnja 0,10-0,25 mm na leto. Pri 20 odstotkih in 90 stopinjah C je stopnja 0,15-0,35 mm na leto. Transpasivno raztapljanje poteka enakomerno po celotni površini in je raztapljanje enakomerno brez luknjičastih lukenj. Vidna je kinetična difuzija mešane kontrole, aktivacijska energija procesa je približno 40 kJ/mol.

Korozijsko obnašanje razredov titana v dikromatnih raztopinah

Naslednja tabela predstavlja stopnje korozije in značilnosti pasivnega filma več vrst titana v 10 % natrijevem dikromatu pri 70 stopinjah za 1000 ur.

Stopnja korozije stopnje titana (mm/leto) Sestava površinskega filma Potencial odprtega tokokroga (V v primerjavi z Ag/AgCl) Opažena luknjičasta luknja
Stopnja 2 (komercialno čista) Porozno 0,05-0,15 TiO₂ + Cr(OH)3 +0.6 do +0.9 Ne
Stopnja 7 (Ti-0,15Pd) 0,04–0,12 TiO₂ + Cr(OH)3 + Pd +0.7 do +1.0 Ne
Stopnja 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) 0,06-0,18TiO2 + Cr(OH)3 + MoO3 +0.5 do +0.8 Ne
Razred 5 (Ti-6Al-4V) 0,08-0,22 Mešani oksidi +0.5 do +0.8 Ne
Priročnik za ublažitev storitev dikromatov in izbiro materiala

## Priporočila za izbiro titanovega grelnika in delovne omejitve za segrevanje raztopin natrijevega dikromata Naslednja tabela vključuje priporočila za izbiro titanovega grelnika in delovne omejitve za aplikacije, ki zahtevajo segrevanje raztopin natrijevega dikromata.

Koncentracija dikromata (%) Temperatura (stopinja) Priporočena stopnja titana Predvidena stopnja korozije (mm/leto) Pričakovana življenjska doba (1,5 mm stena)<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
Inženiring za-izbiro ocen

Debelina stene daje dovoljenje za korozijo. 2,0 mm stena s stopnjo korozije 0,10 mm na leto bo trajala 20 let. Na transpasivno raztapljanje površinska obdelava cevi ne vpliva veliko. Stopnja korozije se poveča za 2-3 krat v prisotnosti kloridov v raztopini dikromata, kar je lahko posledica uporabe umazane vode. Prisotnost sulfatnih ionov ima blag zaviralni učinek. Katodno reakcijo upočasnimo z odzračevanjem raztopine, da odstranimo kisik, kar zmanjša stopnjo korozije za 30-50 %.

Izdelava informiranih špekulacij

Predvideva se, da bo stopnja korozije titanovih električnih potopnih grelnikov v 10 % natrijevem dikromatu pri 70 stopinjah 0,05–0,15 mm/leto za stopnjo 2 in 0,04–0,12 mm/leto za stopnjo 7. Določite najmanjšo debelino stene 2,0 mm, da zagotovite 10–20-letno življenjsko dobo. Če imate višjo koncentracijo ali temperaturo, boste morda želeli razmisliti o znižanju delovne temperature ali razredčenju raztopine dikromata. Med delovanjem grelnika poiščite variacije električnega upora, ki so lahko znak redčenja. Če se raztopina onesnaži s kloridi, znižajte temperaturo na 50 stopinj. Inženir ve, da šestvalentni krom ne bo pasiviziral titana, ampak bo povzročil transpasivno raztapljanje. Inženir izbere ustrezno debelino stene in kakovost, da zagotovi predvidljivo življenjsko dobo v raztopinah natrijevega dikromata.