Чому для титанового занурювального нагрівача в 5% розчині персульфату натрію при 50 градусах, чому персульфат-іон не пасивує титан, незважаючи на те, що він є сильним окислювачем, а натомість викликає транспасивне розчинення?

Персульфат натрію (Na₂S₂O₈) є сильним окислювачем зі стандартним потенціалом відновлення для S₂O₈²⁻/SO₄²⁻ 2,01 В, що вище, ніж у азотної кислоти. У випадку титану персульфат індукує транспасивне розчинення, а не постійну пасивацію. При 50 градусах C сильний потенціал окислення переміщує поверхню титану в транспасивну область вище 1,8 В порівняно зі звичайним водневим електродом, де пасивний шар руйнується, а титан розчиняється у вигляді Ti 4 + зі швидкістю 0,2–0,5 мм на рік. Транспасивне розчинення рівномірне, без ямок. Але швидкість корозії занадто висока для більшості застосувань.

Механізм транспасивного розчинення, індукованого персульфатом

Титан має стабільну пасивну область приблизно між 0 В і 1,8 В. При потенціалах вище 1,8 В плівка TiO2 окислюється до розчинних видів Ti 4 +: TiO2 + 2H2O → Ti 4 + + 4OH - + 2e - . Сукупний потенціал титану в персульфаті, дуже сильному окислювачі, становить 1,7-2,0 В. У цьому діапазоні транспасивний струм розчинення великий. Корозія рівномірна, оскільки вся поверхня знаходиться в транспасивній зоні. Локалізованого розриву не відбувається, але відбувається постійне розчинення плівки.

Концентрація персульфату Кількісна швидкість корозії як функція

У випадку титану 2-го класу під час контрольованих випробувань у персульфаті натрію при 50 градусах протягом 500 годин було встановлено наступне. При 0% персульфату (базова лінія) швидкість корозії становить 0,005–0,010 мм/рік, поверхневий потенціал 0,2–0,5 В, а механізм пасивний. 1% персульфату 0,05–0,12 мм/рік 1,2–1,5 В Змішаний 3% персульфат Швидкість 0,12–0,25 мм/рік Потенціал 1,5-1,7 В Механізм Транспасивна ініціація При 5% персульфату швидкість становить 0,20-0,40 мм/рік, потенціал 1,7-1,9 В, механізм транспасивний. Швидкість становить 0,35–0,60 мм/рік при 10% персульфаті, потенціал становить 1,8–2,0 В, а механізм є серйозним транспасивним.

Вплив температури на транспасивний перехід

При більш високих температурах транспасивна область зсувається до нижчих потенціалів. Швидкість корозії є транспасивною і становить 0,10–0,20 мм/рік при 25 градусах і 5% персульфату. При температурі 40 градусів зростає на 0,15-0,30 мм на рік. Швидкість становить 0,20-0,40 мм/рік при 50 градусах. Швидкість становить 0,30–0,60 мм на рік при 60 градусах. Швидкість перевищує 0,50 мм/рік вище 70 градусів. Чим вища температура, тим сильнішим є транспасивне розчинення.
**Посібник з вибору матеріалу для обслуговування персульфатом

У наступній таблиці наведені рекомендації щодо нагрівання розчинів персульфату натрію залежно від концентрації та температури.

Концентрація персульфату (%) Температура (градус) Ступінь 2 Швидкість корозії (мм/рік) Швидкість корозії (мм/рік) Ступінь 7 Рекомендований матеріал<1 50 0.05–0.10 0.03–0.06 Grade 7 with thick wall 1–3 40 0.08–0.15 0.05–0.10 PTFE-coated titanium 1–3 50 0.12–0.25Not recommended for titanium 3–5 30 0.10–0.20 0.06–0.12 Tantalum or PTFE >5 Any >0.20 >0,12 Тантал або PTFE
Титан і інші інженерні рішення

Швидкості транспасивного розчинення класу 7 трохи нижчі, ніж класу 2 (зменшення на 30–50%) через збагачення паладієм, однак цього покращення недостатньо, щоб зробити титан придатним для роботи з персульфатом. Товщина стінки наведена з допуском на корозію. З товщиною стінки 2,0 мм і корозією 0,20 мм на рік стіна прослужить 10 років, але це незначно. Титанові нагрівачі з PTFE покриттям забезпечують великий опір і утримують метал ізольованим від розчину персульфату. Тантал демонструє набагато більший пасивний діапазон і персульфатостійкий. Цирконій також добре працює, але він дорогий.

Впевненість специфікації

Прогнозована швидкість корозії для титанового занурювального нагрівача в 5% персульфаті натрію при 50 градусах становить 0,20–0,40 мм на рік, що є занадто високим для тривалого використання. Використовуйте титановий нагрівач із покриттям із PTFE або танталовий нагрівач. 0.5 mm PTFE. Товщина стінки має бути 2,5 мм, якщо потрібен титан, концентрація персульфату повинна підтримуватися на рівні 2%, а температура – ​​40 градусів. Перевіряйте товщину утеплювача один раз на рік під час експлуатації. Якщо товщина стінки становитиме 1,0 мм, змініть нагрівач. Знаючи, що персульфат є транспасивним розчинником, а не пасиватором, інженер вибирає відповідні матеріали для цього сильного окисного середовища.