برای تولید رنگدانه (TiO2 از طریق فرآیند کلرید) گرم کردن محلول کلرید آهن (25%) در 70 درجه، کدام آلیاژ تیتانیوم در برابر سایش مقاومت می کند-خوردگی ذرات TiO2 جامد؟

روش کلرید برای سنتز رنگدانه دی اکسید تیتانیوم (TiO2) از محلول 25% کلرید آهن (FeCl3) در دمای 70 درجه به عنوان عامل کلرکننده استفاده می کند. محلول حاوی ذرات معلق TiO2 (قطر 1-10 ​​میکرومتر) است که بسیار ساینده هستند. لوله های گرمایش غوطه ور در این دوغاب به طور همزمان در معرض سایش (حذف مکانیکی مواد توسط ذرات جامد) و خوردگی (حل شدن الکتروشیمیایی فلز در معرض) قرار می گیرند. این خوردگی{10}}سایشی{12}}هم‌افزایی منجر به نرخ تلفات مواد به طور قابل‌توجهی بیشتر از هر مکانیزم به تنهایی می‌شود. این مطالعه مقاومت سایشی-خوردگی گریدهای تیتانیوم (2، 7، 12 و 24) را در کلرید آهن حاوی TiO2 ارزیابی می‌کند و آلیاژ بهینه را برای این سرویس تعریف می‌کند.

مکانیسم خوردگی سایش
در تیتانیوم، پوشش محافظ غیرفعال به طور مداوم در اثر برخورد ذرات در یک دوغاب خورنده با ذرات از بین می رود. محلول تهاجمی FeCl3 تیتانیوم لخت تازه را در معرض دید قرار می‌دهد که به سرعت خورده شده و پس از آن مجدداً منفعل می‌شود و تنها با برخورد ذرات بعدی، لایه جدید حذف می‌شود. ضریب هم افزایی (سایش کل/مجموع سایش خالص و خوردگی خالص) برای آلیاژهای تیتانیوم بین 2 تا 10 است.

پارامترهای بحرانی: سختی ذرات (TiO2 سخت است، Mohs 6-7) شکل ذرات (ذرات زاویه‌ای ساینده‌تر هستند) سرعت (سرعت بالاتر انرژی ضربه را افزایش می‌دهد) زاویه ضربه (ضربه‌های معمولی آسیب بیشتری نسبت به نگاه کردن ایجاد می‌کنند)

آزمون های مقایسه ای
فرسایش دوغاب-آزمایش‌های کنترل خوردگی با دیسک چرخان (سرعت خطی 2 متر بر ثانیه، ذرات TiO2 10 وزنی، FeCl3 25٪، 70 درجه، 100 ساعت):

درجه 2 (تجاری خالص): فیلم غیرفعال به سرعت حذف می شود. نرخ خوردگی در سایش 0.8-1.2 میلی متر در سال. گودها و گودال های عمیق روی سطح. پس از 100 ساعت کاهش وزن برابر با نفوذ 0.1 میلی متر است. درجه 2 کار نمی کند.

درجه 7 (Ti{3}}0.15Pd): پالادیوم اصلاحات کاتدی ایجاد می کند که مقاومت در برابر خوردگی را تا حدی بهبود می بخشد اما سختی را افزایش نمی دهد. میزان سایش - خوردگی 0.5-0.9 میلی متر در سال است. این بیشتر از درجه 2 است، اما هنوز بالا است. ماتریس نرم (~180 HV سختی) به راحتی فرسوده می شود.

درجه 12 (Ti{5}}0.3Mo-0.8Ni) سختی به حدود 200-220 HV توسط مولیبدن و نیکل افزایش می یابد. میزان سایش - خوردگی 0.3-0.6 میلی متر در سال است. برای خدمات متوسط ​​خوب است اما بهترین نیست. عملکرد بهبود یافته به دلیل سطح سخت تر است نه افزایش مقاومت در برابر خوردگی.

درجه 24 (Ti-6Al-4V-0.1Ru): آلیاژ آلفا-بتا با سختی 320-360 HV (بازپخت)، قابل عملیات حرارتی تا 380-400 HV. روتنیوم (0.1%) مقاومت به خوردگی مشابه درجه 7 می دهد. نرخ خوردگی: 0.08-0.15 میلی متر در سال، 5-10 برابر بهتر از درجه 2. سطح سخت در برابر ضربه ذرات مقاومت می کند و بنابراین لایه غیرفعال را طولانی تر نگه می دارد. پس از 100 ساعت فقط خراش سطحی مشاهده شد، بدون خراش.

سختی به عنوان یک پارامتر بحرانی
درجه سختی تیتانیوم (HV، بازپخت) سایش-نرخ خوردگی (میلی متر/سال) ضریب هزینه نسبی ضریب عمر
درجه 2 150-180 0.8-1.2 1x 1.0x
درجه 7 150-180 0.5-0.9 1.3-1.6x 1.4x درجه 12 200-220 0.3-0.6 2-3x 1.3x
درجه 24 (آنیل شده) 320-360 0.08-0.15 6-12x 2.0-2.5x
درجه 24 (سنین) 380-400 0.05-0.10 10-15 بار 2.2-2.8 بار
Hastelloy C-276 (برای مرجع) 250-300 0.08-0.12 مشابه درجه 24 3.5-4.0x
ماتریس کاربرد برای هیترهای دوغاب TiO2
وضعیت سرویس ذرات/cm3 اندازه ذرات سرعت جریان پیشنهادی آلیاژ تیتانیوم عمر مورد انتظار (دیواره 1.65 میلی متر)
جامدات کم، سرعت کم<5 wt% <5 µm <1 m/sec Grade 12 3-5 years
جامدات متوسط ​​معمولی 5-15 وزنی % 5-15 میکرومتر 1-2 متر بر ثانیه درجه 24 (بازپخت) 5-8 ساله
جامدات بالا 15-25 درصد وزنی 10-50 میکرومتر 2-3 متر بر ثانیه درجه 24 (سنین) 4-6 سال
Any service with big angular particles >50 میکرومتر 3 متر بر ثانیه درجه 24 با دیواره ضخیم تر (2.5 میلی متر) 5-7 سال
Severe service (reboiler, high turbidity)Any Any >3 m/s Grade 24 or Hastelloy C-276 Design مشخص شده است
مفاهیم عملی
تیتانیوم درجه 24 (Ti-6Al-4V-0.1Ru) بهترین مقاومت را در برابر سایش و خوردگی در تولید رنگدانه با حرارت دادن کلرید آهن (25٪) با ذرات معلق TiO2 در 70 درجه ارائه می دهد. سختی بالای آن (320-400 HV) از برخورد ذرات جلوگیری می کند، در حالی که روتنیوم به آن مقاومت در برابر خوردگی قابل مقایسه با درجه 7 می دهد. عمر مورد انتظار با دیواره 1.65 میلی متری 5-8 سال - 6-12 برابر بیشتر از درجه 2 است. درجه 12 برای سرویس با سرعت کم یا مواد جامد کم در شرایط معمولی مناسب است. هیچ سرویس ذرات در این محیط درجه 2 و درجه 7 پیشنهاد نمی شود. برای درجه 24، شرایط آنیل شده یا قدیمی را مطابق با مشخصات سختی سفارش دهید. برای نصب جدید، لوله‌های درجه 24 را با دیواره 2.0 میلی‌متری برای حاشیه ایمنی بیشتر در نظر بگیرید. - یک برنامه سالانه نظارت بر ضخامت اولتراسونیک در خم‌ها و نواحی ورودی که ضربه ذرات شدیدترین است، ایجاد کنید. اگر بخاری درجه 2 یا 12 دارید که زود از کار می افتد، در زمان تعویض بعدی به ارتقاء به درجه 24 فکر کنید. افزایش هزینه درجه 24 (2-2.5 برابر بیشتر از درجه 2) با طول عمر بیشتر و زمان کمتر تعویض بخاری جبران می شود.