هنگام انتخاب یک بخاری تیتانیوم مقاوم در برابر خوردگی-برای کاربردهای آب دریا، پایداری لایه اکسید سطحی چگونه عملکرد طولانی مدت{1}}را تغییر میدهد؟
پیام بگذارید
Metallic immersion heaters are one of the hardest electrolyte medium in sea water. In a chloride rich environment (about 19,000 ppm) in the presence of dissolved oxygen, different pH and biofouling potential most engineering alloys will rapidly degrade. The remarkable corrosion resistance of titanium in seawater is related to the spontaneously produced and thermodynamically stable TiO 2 passive layer, which is usually 2-5 nm thick . But the long term performance of a titanium heating tube in seawater depends not only on the inherent qualities of the base metal but also on the stability of this oxide layer under cyclic thermal and electrochemical stress. If the oxide is stable, it will give you decades of trouble free service. If it is unstable, localized pitting, hydrogen absorption and untimely failure will result. Formation and Destruction Mechanisms of Oxide Films in Marine Service Titanium spontaneously develops a passive layer in contact with oxygenated sea water. Stability is defined by three parameters, the electrochemical potential at the tube surface, the local pH at the metal-fluid interface and the temperature gradient in the sheath. Ideally, if the oxide is mechanically damaged, it will heal itself in seconds. But the difference in thermal expansion between the oxide and the metal substrate leads to micro-strains when a titanium heater is cycled between ambient and severe temperatures (e.g. 25°C to 80°C in a seawater tank). Repeated cycling can generate nano-scale cracks, exposing fresh titanium. If the surrounding seawater has a low level of dissolved oxygen (such as in stagnant areas, or underneath biofilms) repassivation is very slow, and the exposed metal starts to corrode locally. The activity of sulfate reducing bacteria reduces the local pH further to 4-5 and enhances oxide solubility. How heater performance deteriorates with time due to oxide instability The deterioration oxide layer is not leading to rapid failure but it is leading to detectable changes in the behavior of the heater. First, the corrosion potential of the titanium tube (E corr ) shifts from the passive area (typically +0.1 to +0.3 V vs. SCE) to active values (less than -0.3 V vs. SCE). This evolution can be monitored periodically using electrochemical measurements. Second, localised breakdown of the oxide allows access of chloride ions to the metal substrate and induces metastable pitting. Each metastable pit event gives rise to a small current transient which can be measured but has not yet pierced the wall. Third, after the stable pits are produced, the heat transfer area is reduced, thus increasing the local heat flow at the remaining intact oxide. The higher flux raises the temperature of the metal and further deteriorates the oxide in a positive feedback loop. Data from seawater cooled heat exchangers suggests that a 20% drop in the oxide stability (i.e., an increase in the passive current density) corresponds to a 35% loss in the remaining tube life. Oxide Management with a Scenario Based Strategy The following table is a decision guide for selection and maintenance of titanium heaters according to service circumstances in seawater and priorities for oxide stability. Scenario & Main Concern of Seawater UsageProposed Improvement on Oxide Stability Basic Rationale & Change in Performance High flow (>1 متر بر ثانیه)، گرمایش آب دریا با حلقه باز به طور پیوسته تیتانیوم درجه 2 همانطور که کشیده شده است بدون عملیات سطحی اعمال شده باقی مانده از اکسید طبیعی. اکسیژن بسیار در دسترس است. حرکت از رکود جلوگیری می کند. نیازی به بهبود بیشتر نیست. مخازن آب دریا با جریان کم یا ثابت (اسکله ها، گرمایش آب بالاست) غیرفعال شدن آندی یا لوله پیش{6} اکسید شده (رنگ حرارتی در دمای 400 درجه سانتیگراد) اکسید مصنوعی ضخیم (تا 50 نانومتر) می تواند در شرایط کم اکسیژن از شکست جان سالم به در ببرد. مقاومت حرارتی کمی بالاتر را می پذیرد. شوک دورهای رسوبزدایی و کلرزنی تزریق آب دریا تیتانیوم با یک فلز نجیب (پالادیوم، 0.5 میکرومتر) پوشیده شده است. Pd پس از قرار گرفتن در معرض کلر، اکسیدها را تسریع میکند. تغییر حالت خرابی از حفرهای به انحلال یکنواخت، سرعت تبخیر سریع آب نمک (70-90 درجه) حفاظت کاتدی گرمکن (-0.6 V در مقابل Ag/AgCl) پایداری اکسید به قیمت ولتاژ خارجی در دمای بحرانی. جریان حفاظتی باید هر از چند گاهی بررسی شود. عوامل طراحی برای قابلیت اطمینان طولانی مدت (اضافی) ضخامت دیواره نسبت به پایداری اکسید آب دریا اهمیت کمتری دارد. مهم نیست که لوله چقدر ضخیم باشد، هر لوله ای با اکسید ناپایدار در عرض چند ماه سوراخ می شود. در مقابل، لوله ای با پایداری اکسید خوب و دیواره های نازک (0.6 میلی متر) ممکن است سال ها در آب جاری تمیز دریا باقی بماند. تمیز کردن منظم برای حذف بیوفیلم ها، حفظ سطح اکسیژن محلول بالای 5 پی پی ام و جلوگیری از محافظت بیش از حد کاتدی (که ممکن است جذب هیدروژن را افزایش دهد) ضروری است. اگر بخاری تیتانیومی را برای استفاده در آب دریا مشخص میکنید، از ارائهدهنده اطلاعات طیفسنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) که مقاومت فیلم غیرفعال در آب نمک مصنوعی را در دمای عملیاتی مشخص نشان میدهد، بخواهید. یک ویژگی{33}}در انتخاب یک بخاری تیتانیوم مقاوم در برابر خوردگی برای آب دریا، باید از خواص فلز حجیم به ویژگیهای اکسید سطح تغییر مسیر داد. لوله استاندارد درجه 2 اکسید طبیعی در کاربردهای با جریان بالا و هوادهی به طور موثر عمل می کند. پوشش های پیش اکسیداسیون یا فلزات نجیب حالت شکست را از حفره شدن سریع در شرایط راکد، گرم یا رسوب زیستی به نازک شدن ثابت و قابل پیش بینی تغییر می دهند. کنترل پایداری اکسید را با فواصل تمیز کردن مناسب و نظارت بر اکسیژن محلول ترکیب کنید. این رویکرد بخاری تیتانیوم را از یک عنصر غیرفعال به یک جزء قابل پیش بینی با عمر طولانی در محیط دریایی تبدیل می کند.
