Dodecylsulfát sodný (SDS) je aniontová povrchově aktivní látka používaná při čištění a průmyslových procesech. Při 70 stupních je jeho kritická koncentrace micel (CMC) přibližně 0,05–0,1 % hmotn. (500–1 000 ppm). Pod CMC molekuly surfaktantu existují jako monomery a adsorbují se na povrchu titanu, čímž mění smáčivé chování a podporují rovnoměrné smáčení. Nad CMC se tvoří micely a povrch se stává hydrofobním, což vede k odvlhčování a tvorbě lokalizovaných kapiček elektrolytu. Tyto kapky vytvářejí rozdílné provzdušňovací buňky, které způsobují důlkovou tvorbu na okrajích kapek. Vzor koroze se posouvá od rovnoměrného drobného leptání pod CMC k silné lokalizované důlkové korozi nad CMC.

Mechanismus CMC-závislého smáčení a koroze

Povrchově aktivní látky se adsorbují na povrch titanu svými hydrofobními konci orientovanými pryč od kovu. Při nízkých koncentracích (pod CMC) je adsorbovaná vrstva neúplná a povrch zůstává hydrofilní, což umožňuje rovnoměrný kontakt elektrolytu. Při koncentracích nad CMC se tvoří úplná dvojvrstva, díky níž je povrch hydrofobní. Kapky vody se na povrchu spíše tvoří, než aby se šířily. Difúze kyslíku je rychlejší přes tenké okraje kapiček než přes střed, což vytváří rozdílné provzdušňovací buňky. Střed kapky se stává anodickým a tvoří důlky, zatímco okraje jsou katodické.

Vzorec kvantitativní koroze jako funkce koncentrace SDS

Kontrolované testování ve 2% SDS při 70 stupních (výrazně nad CMC) s různými ředěními po dobu 500 hodin stanovilo následující korozní chování titanu třídy 2. Při koncentraci SDS 0,02 % (pod CMC) zůstává povrch hydrofilní, rychlost koroze je 0,02–0,05 mm za rok, hustota důlků je 0-5 důlků na cm² a leptání je jednotné. Při 0,05–0,08 % (při CMC) přechází povrch na hydrofobní, rychlost koroze se zvyšuje na 0,05–0,10 mm za rok, hustota důlků dosahuje 5–20 důlků na cm² a objevují se kapkovité{17}} důlky. Při 0,1–0,5 % (nad CMC) je povrch plně hydrofobní, rychlost koroze je 0,08–0,15 mm za rok, hustota důlků je 20-80 důlků na cm² a důlky jsou kruhové se zvýšenými okraji. Při 1–2 % (typická koncentrace použití) je rychlost koroze 0,10–0,20 mm za rok, hustota důlků přesahuje 80 důlků na cm² a dochází k silnému důlkovému- důlku. Při 5% SDS je rychlost koroze 0,15–0,30 mm za rok a během 4 000–8 000 hodin dojde k perforaci stěny 1,2 mm.

Vliv teploty a typu povrchově aktivní látky na CMC a korozi

CMC klesá s rostoucí teplotou pro SDS. Při 30 stupních je CMC 0,08–0,12 % a rychlost koroze nad CMC je 0,05–0,10 mm za rok. Při 50 stupních je CMC 0,06–0,10 % a rychlost je 0,08–0,15 mm za rok. Při 70 stupních je CMC 0,05–0,08 % a rychlost je 0,10–0,20 mm za rok. Při 90 stupních je CMC 0,04–0,07 % a rychlost je 0,15–0,30 mm za rok. Neiontové povrchově aktivní látky (např. Triton X-100) nezpůsobují stejný hydrofobní přechod a nevyvolávají důlkovou tvorbu kapiček. Kationtové povrchově aktivní látky (např. CTAB) mohou způsobit ještě závažnější důlkovou korozi.

Průvodce řízením koncentrace povrchově aktivní látky pro titanové ohřívače

Následující tabulka uvádí doporučení pro koncentraci SDS vzhledem k CMC pro minimalizaci důlkové koroze na titanových ohřívačích Grade 2 při 70 stupních.

Engineering Beyond Concentration Control

Třída titanu ovlivňuje odolnost proti důlkové korozi. Stupeň 7 (palladium{2}}stabilizovaný) má 2–3krát vyšší odolnost proti důlkové korozi, což umožňuje provoz při 2–3× CMC s přijatelnou rychlostí koroze. Stupeň 12 nabízí středně pokročilé zlepšení. Tloušťka stěny poskytuje přídavek na průnik do jámy; 2,0 mm stěna s 0,15 mm ročně důlků vydrží 13 let. Orientace ohřívače je důležitá; vertikální ohřívače vylučují kapky účinněji než horizontální ohřívače, což snižuje závažnost důlkové koroze. Přidání smáčedla (např. malého množství neiontové povrchově aktivní látky) může obnovit hydrofilní chování i při vysokých koncentracích SDS.

Vytvoření informované specifikace

Pro titanový ponorný ohřívač ve 2% SDS při 70 stupních (přibližně 20–40× CMC) specifikujte titan třídy 7 a akceptujte míru důlkové koroze 0,08–0,15 mm za rok. Pro stupeň 2 snižte koncentraci SDS pod 0,1 % (1–2× CMC) zředěním nebo použitím alternativní povrchově aktivní látky. U stávajících ohřívačů s důlkovou tvorbou kapek přidejte 0,1 % neiontové povrchově aktivní látky (např. Triton X-100), aby konkurovala adsorpci SDS a obnovila hydrofilní smáčení. Během provozu zkontrolujte ohřívač, zda nemá charakteristické kruhové prohlubně se zvýšenými okraji; pokud důlková hloubka přesahuje 0,2 mm, vyměňte ohřívač. Na základě pochopení toho, jak CMC upravuje chování při smáčení, technik vybere vhodné třídy titanu nebo upraví koncentrace povrchově aktivních látek, aby se zabránilo lokalizované důlkové korozi.