Natrijev dikromat (Na₂Cr₂O₇) pri 10 % koncentraciji in 70 stopinjah je močno oksidativna raztopina. Šestvalentni krom (Cr⁶⁺) je močan oksidant s standardnim redukcijskim potencialom +1.33 V za Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺. V mnogih kovinah, kot je nerjavno jeklo, kromatni ioni spodbujajo pasivacijo. Vendar na titanu šestvalentni krom ne ustvari stabilnega pasivnega filma. Kromovi ioni se ne vgradijo v mrežo titanovega dioksida in visok oksidacijski potencial dejansko požene titan v transpasivno območje, kar povzroči nenehno raztapljanje pasivnega filma. Stopnja korozije titana v 10 % natrijevem dikromatu pri 70 stopinjah je 0,05–0,15 mm na leto, kar je višje kot v mnogih nevtralnih kloridnih raztopinah.

Mehanizem obnašanja titana v raztopinah šestvalentnega kroma

Titan se za pasivacijo opira na stabilen film TiO₂. V dikromatnih raztopinah pride do redukcijske reakcije Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O na površini titana. Ta reakcija ima visoko gostoto izmenjevalnega toka, ki premakne mešani potencial titana na vrednosti nad +1.0 V v primerjavi s standardno vodikovo elektrodo. Pri tako plemenitih potencialih vstopi titan v transpasivno območje, kjer film TiO₂ nadalje oksidira v topne vrste Ti4⁺. Pasivni film se nenehno raztaplja, namesto da bi ostal stabilen. Poleg tega kromatni ioni ne tvorijo netopnih spojin s titanom, ki bi lahko delovale kot pregradna plast, za razliko od železa ali kroma, kjer kromat tvori zaščitne spinelne okside.

Kvantitativne stopnje korozije in površinska analiza

Nadzorovano testiranje v 10 % Na₂Cr₂O₇ pri 70 stopinjah v 1000 urah je pokazalo naslednje korozijsko obnašanje za titan stopnje 2. Stopnja korozije je 0,05–0,15 mm na leto, kar je 5–15-krat več kot stopnja korozije v sladki vodi pri enaki temperaturi. Na površini je rumeno-rjavo obarvanje zaradi odloženega kromovega oksida ali hidroksida. Analiza rentgenske fotoelektronske spektroskopije kaže, da površinski film vsebuje mešanico TiO₂ in Cr(OH)3, vendar je film porozen in ne-ščiti. Potencial odprtega -vezja se stabilizira pri +0.6 do +0.9 V v primerjavi z Ag/AgCl, ki je v transpasivnem območju. Pitting ni opaziti; namesto tega pride do enakomernega redčenja. Za primerjavo ima titan stopnje 2 v 3 % NaCl pri 70 stopinjah stopnjo korozije 0,01–0,03 mm na leto s pasivnim potencialom od +0.1 do +0.3 V.

Vpliv koncentracije in temperature na resnost korozije

Hitrost korozije narašča s koncentracijo dikromata in temperaturo. Pri 5 % Na₂Cr₂O₇ in 70 stopinjah je stopnja korozije 0,03–0,08 mm na leto. Pri 10 % in 70 stopinjah je stopnja 0,05–0,15 mm na leto. Pri 15 % in 70 stopinjah stopnja naraste na 0,08–0,20 mm na leto. Pri 10 % in 50 stopinjah stopnja pade na 0,02–0,05 mm na leto. Pri 10 % in 90 stopinjah se hitrost poveča na 0,10–0,25 mm na leto. Pri 20 % in 90 stopinjah stopnja doseže 0,15–0,35 mm na leto. Korozija je enakomerna, brez lukenj, saj transpasivno raztapljanje poteka enakomerno po površini. Aktivacijska energija za proces je približno 40 kJ/mol, kar kaže na mešano kinetično in difuzijsko kontrolo.

Korozijsko obnašanje različnih stopenj titana v dikromatnih raztopinah

Naslednja tabela primerja stopnje korozije različnih stopenj titana v 10 % natrijevem dikromatu pri 70 stopinjah v 1000 urah, skupaj z njihovimi značilnostmi pasivnega filma.

Priročnik za ublažitev in izbiro materiala za dikromatne storitve

Za aplikacije, ki zahtevajo segrevanje raztopin natrijevega dikromata, naslednja tabela podaja priporočila za izbiro titanovega grelnika in omejitve delovanja.

Engineering Beyond Grade Selection

Debelina stene zagotavlja dovoljenje za korozijo; stena debeline 2,0 mm s stopnjo korozije 0,10 mm na leto traja 20 let. Površinska obdelava cevi minimalno vpliva na transpasivno raztapljanje. Prisotnost kloridov v raztopini dikromata, ki se lahko pojavi zaradi nečiste vode, poveča stopnjo korozije za 2-3 krat. Dodatek sulfatnih ionov ima rahel zaviralni učinek. Stopnjo korozije je mogoče zmanjšati za 30–50 % z odzračevanjem raztopine, da odstranimo kisik, kar upočasni katodno reakcijo.

Izdelava informirane specifikacije

Za električni potopni grelnik iz titana v 10 % natrijevega dikromata pri 70 stopinjah pričakujte stopnjo korozije 0,05–0,15 mm na leto za stopnjo 2 ali 0,04–0,12 mm na leto za stopnjo 7. Določite najmanjšo debelino stene 2,0 mm, da zagotovite 10–20-letno življenjsko dobo. Za višje koncentracije ali temperature razmislite o znižanju delovne temperature ali razredčenju raztopine dikromata. Med delovanjem spremljajte grelec glede sprememb v električnem uporu, kar lahko kaže na redčenje. Če se raztopina kontaminira s kloridi, znižajte temperaturo na 50 stopinj. Z razumevanjem, da šestvalentni krom ne pasivizira titana in namesto tega povzroči transpasivno raztapljanje, inženir izbere ustrezno debelino stene in kakovost za predvidljivo življenjsko dobo v raztopinah natrijevega dikromata.