У 50% карбонату калію (K₂CO₃) при 110 градусах на поверхні титану утворюється захисний шар титанату калію (K₂TiO₃). Розчинений кисень (РО) є критичним для утворення титанату. При низькому DO (0,5 ppm) шар титанату тонкий (0,1–0,5 мкм) і пористий, що забезпечує поганий захист. При високому DO (5 ppm) шар стає товщим (1–3 мкм) і щільнішим, що знижує швидкість корозії в 5–10 разів. Титанатний шар утворюється в результаті реакції TiO₂ + K₂O → K₂TiO₃, де K₂O походить від розкладання K₂CO3.

Механізм впливу розчиненого кисню на формування титанатного шару

Для підтримки поверхні титану в пасивному стані, де може утворюватися TiO₂, потрібен кисень. У присутності K₂CO₃ TiO₂ реагує з утворенням K₂TiO₃. Без достатньої кількості кисню шар TiO₂ тонкий і дефектний, а шар K₂TiO₃, який утворюється, також дефектний. При низькому DO шар має тріщини та пори, що дозволяє продовжувати корозію. При високому DO шар рівномірно зростає і стає захисним. Швидкість корозії в стабільному режимі визначається дифузією кисню через шар титанату.

Кількісні характеристики титанатного шару як функція розчиненого кисню

Контрольоване випробування в 50% K₂CO3 при 110 градусах протягом 1000 годин показало наступне для титану 2 класу. При 0 ppm DO (деаерований) товщина шару титанату становить 0,05–0,1 мкм, швидкість корозії становить 0,15–0,30 мм на рік, а поверхня темна та пориста. При 0,5 ppm DO товщина 0,1–0,3 мкм, швидкість корозії 0,08–0,15 мм на рік, поверхня сіра з помірною пористістю. При 2 ppm DO товщина 0,5–1,0 мкм, швидкість корозії 0,03–0,08 мм на рік, поверхня світло-сіра. При 5 ppm DO товщина становить 1,0–2,0 мкм, швидкість корозії 0,01–0,03 мм на рік, а поверхня є яскравою та захисною. При 10 ppm DO товщина становить 2,0–3,0 мкм, швидкість корозії 0,005–0,015 мм на рік, а поверхня яскрава та стабільна.

Вплив температури на потребу в розчиненому кисні

Мінімальний DO, необхідний для стабільної пасивації, зростає з температурою. При 80 градусах мінімальний DO для стабільного шару пасивації (швидкість корозії<0.02 mm per year) is 1 ppm. At 100°C, the minimum is 2 ppm. At 110°C, the minimum is 3 ppm. At 120°C, the minimum is 4 ppm. At 130°C, the minimum is 5 ppm. The recommended DO for a safety margin is 2–3 times the minimum.

Посібник із керування вмістом розчиненого кисню для нагрівачів карбонату калію

У наступній таблиці наведено рекомендації щодо рівнів розчиненого кисню в 50% K₂CO₃ при 110 градусах для титанових нагрівачів класу 2 і класу 7.

Техніка поза контролем розчиненого кисню

Марка титану впливає на необхідну DO. Ступінь 7 (стабілізований паладієм-) утворює стабільний шар титанату при нижчих рівнях DO (1–2 частки на мільйон при 110 градусів) завдяки каталізованому паладієм-відновленню кисню. 12 клас пропонує проміжне вдосконалення. Товщина стінки забезпечує допуск на корозію; стінка товщиною 2,0 мм з корозією 0,03 мм на рік триває 60 років. Концентрація K₂CO3 впливає на пасивацію; при 40% K₂CO3 необхідний DO нижчий. Наявність хлоридів у розчині K₂CO3 (з домішок) підвищує потребу в DO на 1–2 ppm.

Складання обґрунтованої специфікації

Для титанового теплового стрижня в 50% K₂CO3 при 110 градусах підтримуйте розчинений кисень вище 5 частин на мільйон за допомогою барботування повітря або впорскування кисню. Встановіть зонд DO з сигналізацією, встановленою на 4 ppm, і блокуванням на 3 ppm. Для існуючих систем з DO нижче 3 ppm додайте барботер або збільште швидкість аерації. Якщо аерація неможлива, розбавте K₂CO₃ до 40% або зменшіть температуру до 100 градусів. Контролюючи вміст розчиненого кисню вище 5 ppm, інженер сприяє створенню стабільного захисного шару титанату калію та мінімізує корозію.