برای یک میله حرارتی تیتانیوم که در محلول کربنات پتاسیم 50 درصد در دمای 110 درجه کار می کند، چگونه سطح اکسیژن محلول (0.5 پی پی ام در مقابل{3}} پی پی ام) پایداری لایه غیرفعال تیتانات را تغییر می دهد؟
پیام بگذارید
در 50% کربنات پتاسیم (K2CO3) در دمای 110 درجه، یک لایه محافظ تیتانات پتاسیم (K2TiO3) روی سطح تیتانیوم تشکیل می شود. اکسیژن محلول (DO) برای تشکیل تیتانات حیاتی است. در DO کم (0.5 ppm)، لایه تیتانات نازک (0.1-0.5 میکرومتر) و متخلخل است و محافظت ضعیفی را ارائه می دهد. در DO بالا (5 پی پی ام)، لایه ضخیم تر (1-3 میکرومتر) و متراکم است و نرخ خوردگی را 5-10 برابر کاهش می دهد. لایه تیتانات از طریق واکنش TiO2 + K2O → K2TiO3 تشکیل می شود، که در آن K2O از تجزیه K2CO3 می آید.
مکانیسم تأثیر اکسیژن محلول بر تشکیل لایه تیتانات
اکسیژن برای حفظ سطح تیتانیوم در حالت غیرفعال که در آن TiO2 می تواند تشکیل شود مورد نیاز است. در حضور K2CO3، TiO2 واکنش نشان می دهد و K2TiO3 تشکیل می دهد. بدون اکسیژن کافی، لایه TiO2 نازک و معیوب است و لایه K2TiO3 که تشکیل می شود نیز معیوب است. در DO کم، لایه دارای ترک ها و منافذی است که امکان خوردگی مداوم را فراهم می کند. در DO بالا، لایه به طور یکنواخت رشد می کند و محافظ می شود. نرخ خوردگی در رژیم پایدار توسط انتشار اکسیژن از طریق لایه تیتانات کنترل می شود.
ویژگی های کمی لایه تیتانات به عنوان تابعی از اکسیژن محلول
آزمایش کنترل شده در 50% K2CO3 در 110 درجه در مدت 1000 ساعت موارد زیر را برای تیتانیوم درجه 2 ایجاد کرده است. ضخامت لایه تیتانات 0.05-0.1 میکرومتر، میزان خوردگی 0.15-0.30 میلی متر در سال و سطح تیره و متخلخل است. در ppm 0.5 DO، ضخامت 0.1-0.3 میکرومتر، نرخ خوردگی 0.08-0.15 میلی متر در سال است و سطح خاکستری با تخلخل متوسط است. در 2 ppm DO، ضخامت 0.5-1.0 میکرومتر، نرخ خوردگی 0.03-0.08 میلی متر در سال است و سطح خاکستری روشن است. در 5 ppm DO، ضخامت 1.0-2.0 میکرومتر، نرخ خوردگی 0.01-0.03 میلی متر در سال است و سطح روشن و محافظ است. در 10 ppm DO، ضخامت 2.0-3.0 میکرومتر، نرخ خوردگی 0.005-0.015 میلی متر در سال است و سطح روشن و پایدار است.
تأثیر دما بر نیاز اکسیژن محلول
حداقل DO مورد نیاز برای غیرفعال سازی پایدار با دما افزایش می یابد. در 80 درجه، حداقل DO برای یک لایه غیرفعال پایدار (نرخ خوردگی<0.02 mm per year) is 1 ppm. At 100°C, the minimum is 2 ppm. At 110°C, the minimum is 3 ppm. At 120°C, the minimum is 4 ppm. At 130°C, the minimum is 5 ppm. The recommended DO for a safety margin is 2–3 times the minimum.
راهنمای مدیریت اکسیژن محلول برای هیترهای کربنات پتاسیم
جدول زیر توصیه هایی را برای سطوح اکسیژن محلول در 50% K2CO3 در دمای 110 درجه برای هیترهای تیتانیوم درجه 2 و درجه 7 ارائه می دهد.
| DO اندازهگیری شده (ppm) | پایداری لایه تیتانات | نرخ خوردگی مورد انتظار (میلی متر در سال) | اقدام توصیه شده |
|---|---|---|---|
| >5 | عالی | 0.005–0.015 | هیچ کدام |
| 3–5 | خوب | 0.01–0.03 | مانیتور هفتگی |
| 2–3 | حاشیه ای | 0.03–0.08 | هوای اسپرج |
| 1–2 | بیچاره | 0.08–0.15 | هوادهی را افزایش دهید |
| 0.5–1 | ناپایدار | 0.15–0.30 | طراحی مجدد؛ اکسید کننده اضافه کنید |
| <0.5 | بسیار ناپایدار | >0.30 | قابل قبول نیست |
مهندسی فراتر از کنترل اکسیژن محلول
درجه تیتانیوم بر DO مورد نیاز تأثیر می گذارد. درجه 7 (پالادیوم-تثبیت شده) یک لایه تیتانات پایدار در سطوح DO پایین تر (1-2 ppm در 110 درجه) به دلیل کاهش اکسیژن کاتالیز شده پالادیوم تشکیل می دهد. درجه 12 بهبود متوسطی را ارائه می دهد. ضخامت دیواره اجازه خوردگی را فراهم می کند. یک دیوار 2.0 میلی متری با خوردگی 0.03 میلی متر در سال 60 سال دوام می آورد. غلظت K2CO3 بر غیرفعال شدن تأثیر می گذارد. در 40٪ K2CO3، DO مورد نیاز کمتر است. حضور کلریدها در محلول K2CO3 (از ناخالصی ها) نیاز DO را 1-2 ppm افزایش می دهد.
ساخت مشخصات آگاهانه
برای یک میله حرارتی تیتانیوم در 50% K2CO3 در دمای 110 درجه، اکسیژن محلول را بالای 5 ppm با پارگی هوا یا تزریق اکسیژن حفظ کنید. یک کاوشگر DO با زنگ هشدار تنظیم شده روی 4 ppm و یک اینترلاک با سرعت 3 ppm نصب کنید. برای سیستم های موجود با DO کمتر از 3 ppm، یک اسپارگر اضافه کنید یا سرعت هوادهی را افزایش دهید. اگر هوادهی امکان پذیر نیست، K2CO3 را تا 40 درصد رقیق کنید یا دما را تا 100 درجه کاهش دهید. با کنترل اکسیژن محلول بالای 5 پی پی ام، مهندس یک لایه تیتانات پتاسیم پایدار و محافظ ایجاد می کند و خوردگی را به حداقل می رساند.
