برای یک میله حرارتی تیتانیوم که برای گرم کردن مجدد 90٪ اسید فرمیک در 100 درجه استفاده می شود، چگونه محتوای آب (5٪ در مقابل{3}}%) مکانیسم خوردگی را از حمله یکنواخت به حفره تغییر می دهد؟

90٪ اسید فرمیک (HCOOH) در 100 درجه یک محیط احیا کننده است که تا حدودی تیتانیوم را غیرفعال می کند. رفتار خوردگی به شدت تحت تأثیر محتوای آب موجود در اسید است. در 5% آب (95% اسید فرمیک) محلول بسیار احیا کننده است و تیتانیوم با سرعت 0.1-0.3 میلی متر در سال خوردگی یکنواخت را تجربه می کند. اثر افزودن آب (10 درصد آب در 90 درصد اسید فرمیک) بر شیمی محلول بر اساس افزایش غلظت یون هیدرونیوم (H3O+) و تغییر در پایداری فیلم غیرفعال توضیح داده شد. ایجاد حفره مکانیزم اصلی با سرعت انتشار 0.5-1.2 میلی متر در سال است که 5 برابر سریعتر از حمله یکنواخت است. بین 7 تا 9 درصد محتوای آب، تغییر نسبتا چشمگیر است.

آب{0}}مکانیسم گذار القایی خوردگی یکنواخت به حفره‌ای

فیلم غیرفعال تیتانیوم در اسید فرمیک با جذب یون‌های فرمت (HCOO{0}}) تثبیت شد. آب با فرمت برای مکان های جذب روی سطح رقابت می کند. در 5% آب، جذب فرمت اثر غالب است و فیلم به طور یکنواخت تجزیه می شود. جذب آب افزایش می یابد تا منجر به شکستگی موضعی فیلم در عیوب مانند مرزهای دانه یا ذرات بین فلزی در 10٪ آب شود. به محض شروع یک گودال، تهاجمی بالای یون‌های فورمات، که مانند کلریدهای غلیظ عمل می‌کنند، در گودال جمع می‌شوند و انتشار را سرعت می‌بخشند. انتقال در پوشش بحرانی آب حدود 30٪ رخ می دهد.

نرخ خوردگی کمی و وابستگی مکانیزم به محتوای آب

تأثیر محتوای آب با آزمایش کنترل شده تیتانیوم درجه 2 در ترکیبات اسید فرمیک/آب در 100 درجه به مدت 500 ساعت تعیین شد. در 2% آب (98% اسید فرمیک) نرخ خوردگی یکنواخت 0.20-0.40 میلی متر در سال بدون سوراخ شدن و سطح یکنواخت خراشیده است. سرعت یکنواخت در 5% آب (95% اسید فرمیک) به 0.10 - 0.25 میلی‌متر در سال کاهش می‌یابد، و گاهی اوقات گودال‌های کم عمق زیر 20 میکرومتر در ناحیه انتقال ایجاد می‌شوند. سرعت یکنواخت 0.08-0.15 میلی متر در سال در 8٪ آب (92٪ اسید فرمیک)، حفره زدن پس از 200-400 ساعت شروع می شود و عمق گودال 0.1-0.3 میلی متر در 500 ساعت است. در 10% آب (90% اسید فرمیک) سرعت یکنواخت به 0.05-0.10 میلی متر در سال کاهش می یابد، اما حفره شدن سریع در عرض 50-150 ساعت شروع می شود، با عمق گودال 0.3-0.8 میلی متر بعد از 500 ساعت، بنابراین سوراخ شدن مکانیسم اصلی شکست است. نرخ یکنواخت 0.03-0.08 میلی متر در سال در 15٪ آب (85٪ اسید فرمیک) است، اما حفره شدید در 20-80 ساعت با عمق گودال 0.5-1.2 میلی متر بعد از 500 ساعت وجود دارد.

تأثیر دما و غلظت اسید فرمیک بر محتوای آب انتقالی

تغییر از خوردگی یکنواخت به حفره ای تابعی از محتوای آب به عنوان تابعی از دما است. خوردگی یکنواخت با نرخ 0.05-0.10 میلی متر در سال در 80 درجه در اسید فرمیک 95٪ (5٪ آب) رایج است. نرخ خوردگی یکنواخت در 100 درجه در اسید فرمیک 95% 0.10 تا 0.25 میلی متر در سال است. خوردگی مخلوط به صورت انتشار گودال با سرعت 0.15-0.30 میلی متر در سال در 100 درجه با 92٪ اسید فرمیک (8٪ آب) مشاهده می شود. در دمای 80 درجه، 90٪ اسید فرمیک (10٪ آب) باعث ایجاد حفره با سرعت 0.20-0.50 میلی متر در سال می شود{22}}٪ اسید فرمیک در 100 درجه، 0.50-1.20 میلی متر در سال برای خوردگی حفره ای ایجاد می کند. میزان حفره شدن در 100 درجه با 85% اسید فرمیک (15% آب) 1.00 تا 2.00 میلی متر در سال است. محتوای حیاتی آب برای انتقال به حفره با افزایش دما کاهش می یابد.

راهنمای کنترل محتوای آب هیترهای اسید فرمیک

جدول زیر توصیه هایی را برای حداکثر مقدار مجاز آب در اسید فرمیک برای هیترهای تیتانیوم درجه 2 و درجه 7 در 100 درجه، به عنوان تابعی از عمر مفید مورد نظر و مکانیسم خوردگی قابل قبول ارائه می دهد.

طول عمر مورد نظر (سال) دمای کارکرد (ºC) حداکثر آب مجاز (%) برای درجه 2 حداکثر آب مجاز (%) برای مکانیسم غالب درجه 75 80<8 <12 Uniform >3 100 <6 <10 Uniform 2–3 100 6–7 10–12 Mixed (acceptable) 1–2 100 7–8 12–14 Pitting (marginal for Grade 7)
<1 100 >8 >14 حفره (شدید)
مهندسی بالاتر از کنترل محتوای آب

محتوای آب انتقالی به درجه تیتانیوم بسیار حساس است. درجه 7 (پالادیوم تثبیت شده) انتقال یکنواخت به حفره را به 10-12٪ آب منتقل می کند و عملکرد ایمن را در 90٪ اسید فرمیک (10٪ آب) امکان پذیر می کند. درجه 12 یک پیشرفت متوسط ​​است. ضخامت دیواره مانع از ایجاد حفره نمی شود، اما مقدار خوردگی را فراهم می کند. یک دیوار 2.0 میلی متری با حفره 0.5 میلی متر در سال 4 سال زنده می ماند. خلوص اسید فرمیک مهم است. آلاینده‌هایی مانند کلریدهای کمتر از 10 پی‌پی‌ام یا سولفات‌های کمتر از 50 پی‌پی‌ام، محتوای آب انتقالی را 2 تا 3 درصد کاهش می‌دهند. اکسیژن محلول (هوادهی) به جای ایجاد حفره، منجر به خوردگی همگن می شود و هوازدگی انتقال به محتوای آب کمتر را تغییر می دهد.

مشخصات آگاهانه

از تیتانیوم درجه 7 برای میله حرارتی تیتانیوم در 90٪ اسید فرمیک (10٪ آب) در 100 درجه برای عملکرد در رژیم یکنواخت یا مخلوط استفاده کنید. درجه 2 با تقطیر یا استفاده از اسید فرمیک بی آب، محتوای آب را به کمتر از 7 درصد کاهش می دهد. برای هیترهای درجه 2 فعلی در 90٪ اسید فرمیک، 1-2٪ انیدرید فرمیک یا انیدرید استیک را برای اتصال شیمیایی آب اضافه کنید و آب آزاد را زیر 6٪ نگه دارید. نظارت بر محتوای آب توسط کارل فیشر به صورت هفتگی در طول عملیات. اگر آب به 7 درصد برای درجه 2 یا 10 درصد برای درجه 7 برسد، ماده خشک کننده را اضافه کنید یا با اسید بی آب رقیق کنید. با حفظ محتوای آب زیر سطح انتقال بحرانی، مهندس مکانیسم خوردگی را از حفره های سریع به حمله یکنواخت تغییر می دهد و در نتیجه عمر بخاری را در سرویس اسید فرمیک داغ افزایش می دهد.