بورات سدیم (Na2B4O7) در غلظت 8% و 95 درجه به عنوان یک عامل بافر و بازدارنده خوردگی استفاده می شود. یون های بورات (B4O72-) می توانند یک لایه محافظ روی تیتانیوم تشکیل دهند، اما پایداری این فیلم به غلظت بورات در سطح فلز بستگی دارد. تحت گرمایش چرخه ای، گرادیان دما در سراسر لایه مرزی باعث مهاجرت یا رسوب یون های بورات می شود. یک گرادیان غلظت ایجاد می شود، با غلظت بورات بالاتر در محلول توده سردتر و غلظت کمتر در سطح لوله داغ. این گرادیان فیلم غیرفعال را بی ثبات می کند و منجر به نازک شدن موضعی می شود. هنگامی که غلظت بورات در سطح بیش از 2٪ باشد، فیلم غیرفعال پایدار می ماند.

مکانیسم تشکیل گرادیان غلظت بورات

یون‌های بورات تحت حرارت{0}حالت ثابت به سمت سطح تیتانیوم داغ منتشر می‌شوند، اما انتشار حرارتی (اثر Soret) آنها را از سطح داغ دور می‌کند. اثر خالص یک لایه مرزی تخلیه شده است، با غلظت بورات در سطح لوله 10-30٪ کمتر از محلول توده. در طول گرمایش چرخه‌ای (سیکل‌های روشن-خاموش)، گرادیان غلظت نوسان می‌کند. هنگامی که بخاری خاموش می شود، سطح سرد می شود و یون های بورات به سمت سطح پخش می شوند و باعث غیرفعال شدن موقت می شوند. هنگامی که بخاری دوباره روشن می شود، گرادیان دوباره برقرار می شود و سطح خالی می شود. این تخلیه و بازیابی چرخه ای لایه غیرفعال را تحت فشار قرار می دهد و منجر به ترک خوردن و پوسته شدن می شود.

پایداری کمی فیلم غیرفعال به عنوان تابعی از غلظت بورات سطحی

آزمایش کنترل شده در 8٪ بورات سدیم (غلظت توده) در 95 درجه تحت حرارت حلقوی (1 ساعت روشن، 1 ساعت خاموش) پایداری فیلم غیرفعال را برای تیتانیوم درجه 2 در غلظت های مختلف بورات سطحی ایجاد کرده است. در غلظت سطحی 4 تا 5 درصد (غنی شده)، ضخامت فیلم غیرفعال 5 تا 8 نانومتر است، فیلم پایدار و چسبنده است و پس از 1000 چرخه هیچ حفره‌ای رخ نمی‌دهد. در 3-4٪ (نزدیک به حجم)، ضخامت 3-5 نانومتر است، لایه نسبتاً پایدار است، و گاه به گاه سوراخ شدن پس از 500 چرخه رخ می دهد. در 2 تا 3 درصد (کاهش متوسط)، ضخامت 2 تا 4 نانومتر است، لایه ترک خوردگی را نشان می‌دهد و حفره‌کردن پس از 200 تا 400 چرخه شروع می‌شود. در 1-2٪ (تهی شده)، ضخامت 1-3 نانومتر است، فیلم ناپایدار است، و سوراخ شدن در 50-200 سیکل رخ می دهد. زیر 1٪، فیلم غیرفعال به طور کامل از بین می رود، و خوردگی یکنواخت در 0.1-0.3 میلی متر در سال رخ می دهد.

تأثیر غلظت بورات و فرکانس چرخه بر کاهش سطح

شدت تخلیه سطح به غلظت بورات حجیم و فرکانس چرخه بستگی دارد. در 4٪ بورات فله، غلظت سطح تحت حرارت حلقوی 2-3٪ است که حاشیه ای است. در حجم 6 درصد، غلظت سطح 3-4 درصد است که نسبتاً پایدار است. در حجم 8 درصد (اسمی)، غلظت سطح 4-5 درصد است که پایدار است. در 10% حجم، غلظت سطح 5-6% است که بسیار پایدار است. در فرکانس چرخه 6 چرخه در ساعت (10 دقیقه روشن، 10 دقیقه خاموش)، غلظت سطح 10-20٪ کمتر از 2 چرخه در روز است زیرا لایه مرزی زمان لازم برای بازیابی را ندارد.

راهنمای مدیریت چرخه و غلظت بورات برای هیترهای تیتانیوم

جدول زیر توصیه هایی برای غلظت بورات و پارامترهای چرخه برای حفظ پایداری فیلم غیرفعال روی تیتانیوم درجه 2 در 95 درجه ارائه می دهد.

مهندسی فراتر از کنترل تمرکز

درجه تیتانیوم بر پایداری فیلم غیرفعال تحت گرادیان غلظت تأثیر می گذارد. درجه 7 (پالادیوم-تثبیت شده) یک لایه پایدار را در غلظت بورات سطحی تا 1.5٪ حفظ می کند، حاشیه ایمنی بیشتری را ارائه می دهد. درجه 12 بهبود متوسطی را ارائه می دهد. ضخامت دیواره بر فیلم پسیو تأثیر نمی گذارد. نرخ گرمایش مهم است. رمپینگ آهسته (1 درجه در دقیقه) شیب غلظت را در مقایسه با رمپ سریع (10 درجه در دقیقه) کاهش می دهد. هم زدن محلول (میکسر یا پمپ چرخش) با کاهش ضخامت لایه مرزی، گرادیان غلظت را به حداقل می رساند.

ساخت مشخصات آگاهانه

برای یک بخاری غلاف تیتانیوم در 8٪ بورات سدیم در 95 درجه با حرارت دهی چرخه ای، غلظت بورات حجیم را در 8-10٪ حفظ کنید تا از غلظت سطح بالای 4٪ در طول چرخه اطمینان حاصل کنید. اگر فرکانس چرخه بیش از 6 سیکل در ساعت باشد، غلظت توده را تا 10 درصد افزایش دهید. برای بخاری‌های موجود با ناپایداری فیلم غیرفعال (که با مصرف برق نامنظم یا حفره نشان داده می‌شود)، بورات را اضافه کنید تا غلظت را تا 10٪ افزایش دهید یا فرکانس چرخه را کاهش دهید. در حین کار، pH را کنترل کنید. اگر PH کمتر از 9 شد، هیدروکسید سدیم اضافه کنید. مهندس با کنترل گرادیان غلظت بورات از طریق غلظت فله کافی و کاهش فرکانس چرخه، یک فیلم غیرفعال پایدار را روی بخاری های تیتانیوم حفظ می کند.