When A Titanium Immersion Heater Is Installed In A 10% Sodium Metasilicate Solution At 80°C, Why Does The Silicate Ion Form A Protective, Non-Porous Film Only At PH >11، و در PH 9 چه اتفاقی می افتد؟
پیام بگذارید
In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11، سیلیکات یک لایه محافظ پیوسته، غیر متخلخل، با ضخامت 0.5-2 میکرومتر تشکیل میدهد. در pH 9، لایه متخلخل، ترک خورده و غیر محافظ-است که به کلرید یا سایر گونههای مهاجم اجازه نفوذ و ایجاد حفره میدهد. این تفاوت از حالت پلیمریزاسیون یون های سیلیکات ناشی می شود. در pH بالا، سیلیکات به صورت یون های SiO44- مونومر وجود دارد که یک لایه متراکم و شیشه ای را تشکیل می دهند. در PH پایین، سیلیکات به زنجیره های کلوئیدی تبدیل می شود که ساختار متخلخل و ترک خورده ای را ایجاد می کند.
مکانیسم تشکیل فیلم سیلیکات وابسته به pH{0}
The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11)، تعادل به نفع یون های مونومر است که به عنوان یک فیلم سیلیکا آمورف متراکم رسوب می کنند. در pH 9-10، یونها به ساختارهای زنجیرهای تبدیل میشوند که یک شبکه متخلخل ایجاد میکنند. این فیلم همچنین دارای یون های سدیم است که یک شیشه سیلیکات سدیم را تشکیل می دهد. کیفیت محافظ با چگالی فیلم و عدم وجود ترکهای ریز تعیین میشود.
کیفیت فیلم کمی به عنوان تابعی از pH
آزمایش کنترل شده در 10% Na2SiO3 در 80 درجه در طول 500 ساعت موارد زیر را برای تیتانیوم درجه 2 ایجاد کرده است. در pH 8، ضخامت لایه 0.1-0.3 میکرومتر، تخلخل فیلم بالا، نرخ خوردگی 0.15-0.30 میلی متر در سال است و حفره وجود دارد. در pH 9، ضخامت 0.2-0.5 میکرومتر، تخلخل زیاد، نرخ خوردگی 0.08-0.20 میلی متر در سال است، و حفره شدن گاه به گاه است. در pH 10، ضخامت 0.5-1.0 میکرومتر، تخلخل متوسط، نرخ خوردگی 0.04-0.10 میلی متر در سال و حفره شدن نادر است. در pH 11، ضخامت 1.0-1.5 میکرومتر، تخلخل کم، نرخ خوردگی 0.02-0.05 میلی متر در سال است و هیچ حفره ای رخ نمی دهد. در pH 12، ضخامت 1.5-2.5 میکرومتر، تخلخل بسیار کم، نرخ خوردگی 0.01-0.03 میلی متر در سال است و هیچ حفره ای رخ نمی دهد. در pH 13، ضخامت 2.0-3.0 میکرومتر، تخلخل بسیار کم، نرخ خوردگی 0.005-0.015 میلی متر در سال است و هیچ حفره ای رخ نمی دهد.
تاثیر دما بر نیاز pH
حداقل pH مورد نیاز برای یک فیلم محافظ با افزایش دما افزایش می یابد. در 60 درجه، حداقل pH 10.5 و pH توصیه شده 11.0 است. در 80 درجه، حداقل 11.0 و توصیه شده 11.5 است. در 100 درجه، حداقل 11.5 و توصیه شده 12.0 است. در 120 درجه، حداقل 12.0 و توصیه شده 12.5 است. دماهای بالاتر باعث پلیمریزاسیون سیلیکات می شود و برای حفظ حالت مونومر نیاز به pH بالاتری دارد.
راهنمای کنترل pH برای سرویس متاسیلیکات سدیم
جدول زیر توصیه هایی برای کنترل pH برای حفظ یک فیلم سیلیکات محافظ روی هیترهای تیتانیوم درجه 2 در متاسیلیکات سدیم 10 درصد در دمای 80 درجه ارائه می دهد.
| PH عملیاتی | کیفیت فیلم | نرخ خوردگی (میلی متر در سال) | خطر حفره | اقدام توصیه شده |
|---|---|---|---|---|
| >11 | محافظ | <0.05 | هیچ کدام | هیچ کدام |
| 10–11 | حاشیه ای | 0.05–0.10 | پایین | PH را با NaOH افزایش دهید |
| 9–10 | فقیر، متخلخل | 0.10–0.20 | متوسط | Add NaOH to raise to >11 |
| 8–9 | غیر محافظ- | 0.15–0.30 | بالا | راه حل طراحی مجدد |
| <8 | ناپایدار | >0.30 | شدید | قابل قبول نیست |
مهندسی فراتر از کنترل pH
درجه تیتانیوم بر PH مورد نیاز تأثیر می گذارد. درجه 7 (پالادیوم-تثبیت شده) یک لایه سیلیکات محافظ در pH 10.5-11.0 تشکیل می دهد که کمی کمتر از درجه 2 است. درجه 12 رفتاری مشابه با درجه 2 ارائه می دهد. اگر لایه کاملاً محافظ نباشد ضخامت دیواره باعث خوردگی می شود. غلظت سیلیکات بر تشکیل فیلم تأثیر می گذارد. در 5% Na2SiO3، pH مورد نیاز 11.5 است. در 15% Na2SiO3، pH مورد نیاز 10.5 است. وجود کلریدها (ناخالصی ها) pH مورد نیاز را 0.5-1.0 واحد افزایش می دهد. محلول باید با یک PH متر کالیبره شده برای محلولهای PH بالا کنترل شود.
ساخت مشخصات آگاهانه
برای یک هیتر غوطه ور تیتانیوم در متاسیلیکات سدیم 10 درصد در دمای 80 درجه، pH را با افزودن هیدروکسید سدیم بالاتر از 11.0 نگه دارید. یک کنترل کننده pH با زنگ هشدار 10.8 و اینترلاک روی 10.5 نصب کنید. برای سیستم های موجود با pH کمتر از 11، NaOH را اضافه کنید تا pH را به 11.5 برسانید. اگر PH را نمی توان افزایش داد، از تیتانیوم درجه 7 استفاده کنید یا دما را تا 60 درجه کاهش دهید. در حین کار، سطح بخاری را برای سوراخ شدن بررسی کنید. در صورت مشاهده حفره، بلافاصله pH را افزایش دهید. مهندس با کنترل pH بالای 11، از تشکیل یک لایه سیلیکات محافظ غیر{13}}روی تیتانیوم اطمینان میدهد.
