In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11, силікат утворює суцільну непористу захисну плівку товщиною 0,5–2 мкм. При рН 9 плівка є пористою, з тріщинами та не -захищає, дозволяючи хлоридам або іншим агресивним речовинам проникати всередину та спричиняти точкову появу. Різниця виникає через стан полімеризації силікатних іонів. При високому pH силікат існує у вигляді мономерних іонів SiO₄44⁻, які утворюють щільну склоподібну плівку. При нижчому рН силікат полімеризується в колоїдні ланцюги, які утворюють пористу структуру з тріщинами.

Механізм рН-утворення силікатної плівки

The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), рівновага сприяє мономерним іонам, які осідають у вигляді щільної плівки аморфного кремнезему. При pH 9–10 іони полімеризуються в ланцюгові -структури, які створюють пористу мережу. Плівка також містить іони натрію, утворюючи натрієво-силікатне скло. Якість захисту визначається щільністю плівки та відсутністю мікро-тріщин.

Кількісна якість плівки як функція pH

Контрольоване випробування в 10% Na₂SiO₃ при 80 градусах протягом 500 годин показало наступне для титану 2 класу. При рН 8 товщина плівки 0,1–0,3 мкм, висока пористість плівки, швидкість корозії 0,15–0,30 мм на рік, присутній пітінг. При рН 9 товщина становить 0,2–0,5 мкм, пористість висока, швидкість корозії 0,08–0,20 мм на рік, випадкова піттинг. При рН 10 товщина становить 0,5–1,0 мкм, пористість помірна, швидкість корозії 0,04–0,10 мм на рік, питінг – рідкість. При рН 11 товщина становить 1,0–1,5 мкм, пористість низька, швидкість корозії 0,02–0,05 мм на рік, точкова корекція не виникає. При рН 12 товщина становить 1,5–2,5 мкм, пористість дуже низька, швидкість корозії 0,01–0,03 мм на рік, точкова корекція не виникає. При pH 13 товщина становить 2,0–3,0 мкм, пористість дуже низька, швидкість корозії становить 0,005–0,015 мм на рік, точкова корекція не виникає.

Вплив температури на потребу в pH

Мінімальний pH, необхідний для захисної плівки, зростає з температурою. При 60 градусах мінімальний pH становить 10,5, а рекомендований pH - 11,0. При 80 градусах мінімум становить 11,0, а рекомендований – 11,5. При 100 градусах мінімум становить 11,5, а рекомендований – 12,0. При 120 градусах мінімум 12,0, а рекомендований 12,5. Більш високі температури сприяють полімеризації силікату, що вимагає вищого pH для підтримки мономерного стану.

Посібник з контролю pH для служби метасилікату натрію

У наведеній нижче таблиці наведено рекомендації щодо контролю рН для підтримки захисної силікатної плівки на титанових нагрівачах Grade 2 у 10% метасилікату натрію при 80 градусах.

Інженерія за межами контролю pH

Сорт титану впливає на необхідний pH. Ступінь 7 (стабілізований паладієм-) утворює захисну силікатну плівку при рН 10,5–11,0, що є трохи нижчим, ніж клас 2. Ступінь 12 має подібну поведінку до класу 2. Товщина стінки забезпечує допуск до корозії, якщо плівка не є повністю захисною. Концентрація силікату впливає на утворення плівки; при 5% Na₂SiO3 необхідний рН становить 11,5. При 15% Na₂SiO3 необхідний pH становить 10,5. Наявність хлоридів (з домішок) підвищує необхідний pH на 0,5–1,0 одиниці. Розчин слід контролювати за допомогою рН-метра, відкаліброваного для розчинів із високим-рН.

Складання обґрунтованої специфікації

Для титанового занурювального нагрівача в 10% метасилікат натрію при 80 градусах підтримуйте pH вище 11,0, додаючи гідроксид натрію. Встановіть контролер рН із сигналізацією, встановленою на 10,8, і блокуванням на 10,5. Для існуючих систем з pH нижче 11 додайте NaOH, щоб підвищити pH до 11,5. Якщо рН неможливо підвищити, використовуйте титан класу 7 або зменшіть температуру до 60 градусів. Під час роботи перевіряйте поверхню нагрівача на наявність ямок; якщо спостерігається ямка, негайно підвищте pH. Контролюючи рН вище 11, інженер забезпечує утворення захисної не-пористої силікатної плівки на титані.