Який сорт титанового сплаву (1, 2, 7 або 12) забезпечує найнижчу швидкість вивільнення іонів металу в системі високо{0}}чистої води з незначним вмістом аміаку?
Залишити повідомлення
У фармацевтичному виробництві, виготовленні напівпровідників і виробництві електроенергії системи високо{0}}чистої води мають дуже низький загальний вміст розчинених твердих речовин (TDS), часто менше ніж 0,1 мкСм/см електропровідність. Якщо такі системи вимагають зануреного нагрівання, матеріал нагрівача не повинен виділяти іони металу, які забруднюють продукт або погіршують якість води. Сліди аміаку (0,5-5 частин на мільйон) часто виявляються під час операцій очищення або як регулятор pH; Чиста вода має дуже хорошу загальну стійкість до корозії для всіх сортів титану, однак присутність аміаку змінює електрохімію поверхні та стабільність пасивної плівки, що призводить до спостережуваних коливань швидкості вивільнення іонів металу для класів 1, 2, 7 і 12. Вибір відповідного сорту залежить від знання поведінки легуючих елементів у контакті з аміаком при підвищених температурах (60–95 градусів) і від мінімізація вимивання іонів титану.
Механізми вивільнення іонів титану в аміазованій воді високої чистоти
У воді високої чистоти з нейтральним або помірно лужним pH титан створює стабільну пасивну плівку TiO 2 з дуже низькою розчинністю. Однак аміак (NH$_{3}$) є комплексоутворювачем для іонів титану. Коли поверхня нагрівача нагрівається, сприятлива така реакція: комплекси Ti4⁴⁺ + nNH3 → [Ti(NH3)n]4+. Ці розчинні комплекси видаляють титан з поверхні, постійно піддаючи новий метал окисленню та підтримуючи постійну швидкість вивільнення. Швидкість вивільнення контролюється трьома елементами. Це; щільність дефектів у пасивній плівці (функція складу сплаву), константа комплексоутворення (функція температури) і локальний градієнт pH на поверхні трубки. Клас 1, який має найнижчу концентрацію кисню та заліза серед комерційно чистих класів, зазвичай дає найбільш стехіометричну та бездефектну-пасивну плівку. Клас 2 містить значно більше заліза (0,20% макс. проти 0,12% макс. у класі 1), що призводить до локалізованих катодних ділянок і більшої щільності пасивного струму. Grade 7 (0,12-0,25% паладію) і Grade 12 (0,3% молібдену, 0,8% нікелю) мають добавки благородних і перехідних металів, які суттєво змінюють електричні характеристики плівки.
Кількісні показники вивільнення іонів для кожного сорту титану
Нижченаведені -швидкості вивільнення титану в стаціонарному стані, виміряні за допомогою мас-спектрометрії з індуктивно пов’язаною плазмою (ICP-MS), були встановлені під час контрольованих випробувань занурення в моделювану високо-чисту воду, яка містить 2 частки на мільйон NH3 при 85 градусах і з провідністю менше 0,5 мкСм/см.
Титан 1 ступеня: швидкість вивільнення титану 0,8-1,2 нг/см2·день. -Основний метал високої чистоти (мінімум 99,5% Ti) створює найбільш рівномірну пасивну плівку з найменшою щільністю дефектів. Стабілізація альфа-фази без гальванічної неоднорідності досягається солегированием киснем (0,10-0,15%).
Титан 2 ступеня Швидкість елюції титану 2,5–4,0 нг/см2 . день. Інтерметалічні частинки, багаті на залізо (Ti2Fe), є мікро-катодами та збільшують пасивну щільність струму в 2-3 рази, ніж у класу 1. Прийнятні для промислових систем водопостачання, але не ідеальні для напівпровідникових або фармацевтичних застосувань.
Титан 7 ступеня: швидкість вивільнення титану від 1,0 до 1,8 нг/см2·день. Паладій накопичується на поверхні під час окислення, стимулюючи процеси катодного відновлення та знижуючи щільність пасивного струму нижче рівня 1 ступеня. Однак вилуговування самого паладію при 0,2–0,4 нг/см2·день призводить до забруднення благородним металом.
Титан 12 класу: швидкість вивільнення титану 1,5-2,2 нг/см 2 ·день. Стійкі оксиди (MoO3, NiO) утворюються в пасивній плівці Mo і Ni. Загальне вивільнення металу (Ti + Mo + Ni) становить 2,0-3,0 нг/см2 на добу. Швидкість викидів нікелю 0,3-0,5 нг/см2 на добу може бути проблематичною для кількох біологічних або каталітичних процесів.
Керівництво з вибору марки титану за застосуванням
У наведеній нижче таблиці представлено матрицю рішень, яка допоможе вибрати найкращий сорт титану на основі стандартів якості води та чутливості кінцевого-використання.
Система високо{0}}чистої води та чутливість до забруднення Рекомендований клас титану Обґрунтування та характеристики вилуговування металу
Промивання напівпровідника (менше або дорівнює вузлу 10 нм), іони металу нижче рівня виявлення ppt 1, електрополірована поверхня Найнижче вивільнення іонів титану (менше або дорівнює 1,2 нг/см2/день). Відсутність забруднення легуючими елементами. Електрополірування ще більше зменшує площу поверхні. найвища вартість премії
Фармацевтична вода для ін’єкцій - USP<643>Моніторинг загального органічного вуглецю 1 або 7 ступеню 1 бажано для мінімального додаткового вилуговування. Клас 7 прийнятний, припускаючи, що кількість паладію не обмежена. Не використовуйте нікель Grade 12
Живильна вода котла для виробництва електроенергії (докритична, 1000 psi) Аміак > 2 ppm Клас 2 (звичайний) Прийнятна помірна швидкість виділення з безперервною продувкою та поліруванням конденсату. Найгірша оцінка.
Вода високої чистоти для обробки харчових продуктів (змішування напоїв) Аміак із побічних продуктів дезінфекції Додавання молібдену класу 12 забезпечує додаткову стійкість до точкової висипки, якщо спорадично присутні хлориди. Допускається виділення нікелю < 0,5 ppb у продукт.
Лабораторна аналітична водяна система типу I (питомий опір 18,2 МОм·см) Найнижчий можливий фоновий рівень 7 із стабілізацією пасивної плівки. Додавання паладію фактично зменшує вивільнення титану нижче рівня 1. Потрібне підтвердження того, що паладій не заважатиме аналітичним процедурам.
Крім вибору марки сплаву в машинобудуванні
Марка сплаву - не єдиний параметр, який контролює емісію іонів металу. Швидкість вивільнення дуже чутлива до обробки поверхні: електрополірована поверхня (Ra < 0,2 мкм) має на 30-40% меншу площу поверхні, ніж -тягнута труба (Ra ≈ 1,0 мкм) з тими самими геометричними розмірами, а отже, пропорційно нижча абсолютна швидкість вивільнення. Пасивна попередня підготовка плівки (підтримуючи нагрівач при температурі 70 градусів у воді високої чистоти протягом 72 годин перед обслуговуванням) дозволяє плівці досягти стабільного стану та знижує початкову швидкість вивільнення на 50-60%. Вибір товщини стінки безпосередньо не впливає на швидкість вивільнення на одиницю площі, однак більш товсті стінки продовжать термін служби до можливої заміни завдяки рівномірному потоншенню (зазвичай<0.01 mm/yr in high purity water).
Розробка обґрунтованої специфікації
Якщо ви вказуєте титановий нагрівач для системи високої чистоти води з мікроелементами аміаку, попросіть у постачальника звіти про сертифіковані випробування матеріалів (MTR), у яких зазначено конкретну марку сплаву та обмеження мікроелементів. Для напівпровідникових або фармацевтичних застосувань, де критичним є найнижче виділення металу, вкажіть титан класу 1 з електрополірованим покриттям до Ra менше ніж або дорівнює 0,2 мкм і фабричною пасивацією в деіонізованій воді при 80 градусах протягом 24 годин. Економічно ефективний баланс для енергетичних або промислових застосувань пропонує клас 2. Завжди поєднуйте вказаний клас із процедурою промивання при введенні в експлуатацію, яка видаляє поверхневі домішки від виробництва перед тим, як нагрівач буде введено в експлуатацію. Ця систематична методологія гарантує, що титановий нагрівач додаватиме дуже мало іонів металу до системи високочистої води протягом усього терміну служби пристрою.
