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؟

در محلول های متاسیلیکات سدیم (Na2SiO3) در دمای 80 درجه، یون های سیلیکات روی سطوح تیتانیوم پلیمریزه می شوند. در مقادیر pH بالاتر از 11، یک لایه محافظ پیوسته، غیر متخلخل، به ضخامت 0.5-2 میکرومتر از سیلیکات تشکیل می‌شود. در pH 9، پوشش متخلخل، شکسته و غیر محافظتی است و اجازه نفوذ کلرید یا سایر گونه‌های تهاجمی و ایجاد حفره را می‌دهد. این اختلاف به دلیل حالت پلیمریزاسیون یون های سیلیکات است. در pH بالا، سیلیکات به صورت یون های SiO44- monomeric ظاهر می شود که یک لایه شیشه ای متراکم ایجاد می کند. در pH پایین، سیلیکات پلیمریزه می شود و زنجیره های کلوئیدی ایجاد می کند که ساختار شکسته متخلخلی را ایجاد می کند.

مکانیسم pH-تشکیل فیلم سیلیکات وابسته

The polymerization of silicate ions SiO4 4- + H2O HSiO4 3- + OH- At high pH (>11) تعادل به سمت یون های مونومر حرکت می کند که به صورت یک لایه سیلیس آمورف ضخیم رسوب می کنند. در pH 9-10، یون‌ها به ساختارهای زنجیره‌ای تبدیل می‌شوند که یک شبکه متخلخل ایجاد می‌کنند. این فیلم همچنین از یون های سدیم برای ایجاد شیشه سیلیکات سدیم استفاده می کند. توانایی محافظت با چگالی فیلم و عدم وجود ریزترک تعریف می شود.

کیفیت فیلم کمی به عنوان تابعی از pH.

موارد زیر برای تیتانیوم درجه 2 با آزمایش کنترل شده در 10% Na2SiO3 در 80 درجه به مدت 500 ساعت ایجاد شده است: در PH 8 ضخامت فیلم 0.1-0.3 میکرومتر است، تخلخل فیلم قابل توجه است، میزان خوردگی 0.15-0.30 میلی متر در سال و سوراخ شدن آن وجود دارد. در pH 9، ضخامت 0.2-0.5 میکرومتر، تخلخل زیاد، نرخ خوردگی 0.08-0.20 میلی‌متر در سال، 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 به ندرت است. در pH 11، ضخامت 1.0-1.5 میکرومتر، تخلخل حداقل، نرخ خوردگی 0.02-0.05 میلی متر در سال است و حفره وجود ندارد. ضخامت 1.5-2.5 میکرومتر است، تخلخل بسیار کم، نرخ خوردگی 0.01-0.03 میلی متر در سال است و هیچ حفره ای در pH 12 رخ نمی دهد. در pH 13، ضخامت 2.0-3.0 میکرومتر، تخلخل بسیار کم، نرخ خوردگی 0.015-0.005 میلی متر در سال است.

اثر دما بر نیاز pH

pH بحرانی برای فیلم محافظ به دما بستگی دارد. حداقل pH 10.5 در 60 o C است در حالی که pH پیشنهادی 11.0 است. در 80 درجه، حداقل 11.0 و توصیه شده 11.5 است. حداقل 11.5 در 100 درجه و پیشنهاد شده 12.0 است. حداقل 12.0 و توصیه شده 12.5 در 120 درجه سانتیگراد است. دماهای بیشتر به نفع پلیمریزاسیون سیلیکات است و بنابراین برای نگهداری سیلیکات ها به شکل مونومر نیاز به pH بیشتری دارد.

راهنمای کنترل pH خدمات متاسیلیکات سدیم

جدول زیر راهنمای کنترل pH برای حفظ یک لایه سیلیکات محافظ روی هیترهای تیتانیوم درجه 2 در متاسیلیکات سدیم 10 درصد در دمای 80 درجه است.

pH of Operation Film Quality Corrosion Rate (mm/year)Pitting Risk Recommended Action >11 محافظ<0.05 None None 10–11 Marginal 0.05–0.10 Low Increase pH with NaOH 9–10 Poor, porous 0.10–0.20 Moderate Add NaOH to increase to >11 8–9 راه حل غیر محافظتی 0.15–0.30 با طراحی مجدد بالا<8 Unstable >0.30 شدید قابل قبول نیست
مهندسی بیش از کنترل pH

pH مورد نیاز توسط درجه تیتانیوم دیکته می شود. درجه 7 (پالادیوم{2}}تثبیت شده) یک پوشش سیلیکات محافظ در pH 10.5 تا 11.0 ایجاد می کند که کمی کمتر از درجه 2 است. درجه 2 مانند درجه 12 است. اگر فیلم کاملاً محافظ نباشد ضخامت دیواره باعث خوردگی می شود. تشکیل فیلم تحت تأثیر محتوای سیلیکات است. 5% Na 2 SiO 3 به pH 11.5 نیاز دارد. در 15% Na2SiO3 pH مورد نیاز 10.5 است. کلریدها (از ناخالصی ها) نیاز pH را 0.5 تا 1.0 واحد pH افزایش می دهند. برای نظارت بر محلول باید از یک PH متر کالیبره شده برای pH بالا استفاده شود.

ساخت مشخصات با دانش

هیدروکسید سدیم را برای حفظ pH بالای 11.0 برای بخاری غوطه ور تیتانیوم در 10 درصد متاسیلیکات سدیم در 80 درجه اضافه کنید. یک کنترل کننده pH با زنگ هشدار در 10.8 و اینترلاک در 10.5 نصب کنید. NaOH را به سیستم های موجود با pH زیر 11 اضافه کنید تا pH را به 11.5 برسانید. اگر PH قابل افزایش نیست، از تیتانیوم درجه 7 استفاده کنید یا دما را تا 60 درجه کاهش دهید. در حین کار، سوراخ شدن سطح بخاری را بررسی کنید. در صورت مشاهده حفره، فورا pH را افزایش دهید. مهندس pH را بالاتر از 11 نگه می دارد تا یک پوشش سیلیکات محافظ{14} و غیر متخلخل در بالای تیتانیوم ایجاد کند.