Proč pro titanový ponorný ohřívač v 5% roztoku persíranu sodného při 50 stupních, proč persíranový ion nepasivuje titan, přestože je silným oxidátorem, a místo toho způsobuje transpasivní rozpouštění?

Persíran sodný (Na2S208) je silné oxidační činidlo se standardním redukčním potenciálem pro S202⁻/SO42⁻ 2,01 V, což je vyšší hodnota než u kyseliny dusičné. V případě titanu persíran vyvolává spíše transpasivní rozpouštění než trvalou pasivaci. Při 50 °C silný oxidační potenciál přesune povrch titanu do transpasivní oblasti nad 1,8 V oproti konvenční vodíkové elektrodě, kde se pasivní vrstva rozpadne a titan se rozpouští jako Ti 4 + rychlostí 0,2–0,5 mm za rok. Transpasivní rozpouštění je rovnoměrné, bez důlků. Ale rychlost koroze je pro většinu aplikací příliš vysoká.

Mechanismus transpasivního rozpouštění indukovaného persíranem

Titan má stabilní pasivní oblast mezi přibližně 0 V a 1,8 V. Při potenciálech nad 1,8 V se film TiO2 oxiduje na rozpustné druhy Ti 4 +: TiO2 + 2H2O → Ti 4 + + 4OH - + 2e - . Kombinovaný potenciál titanu v persíranu, velmi silném oxidantu, je 1.1 V tomto rozsahu je transpasivní rozpouštěcí proud velký. Koroze je rovnoměrná, protože celý povrch je v transpasivní oblasti. Nedochází k žádnému lokalizovanému prasknutí, přesto dochází k neustálému rozpouštění filmu.

Koncentrace persíranu Kvantitativní rychlost koroze jako funkce

V případě titanu jakosti 2 byly při kontrolovaném testování v persíranu sodném při 50 stupních po dobu 500 hodin stanoveny následující. Při 0% persíranu (základní hodnota) je rychlost koroze 0,005–0,010 mm/rok, povrchový potenciál je 0,2–0,5 V a mechanismus je pasivní. 1% persíran 0,05-0,12 mm/y 1,2-1,5 V Smíšený 3% persíran-05-2,15 V Potenciál rok 0,172 V1 Mechanismus Transpasivní iniciace Při 5% persíranu je rychlost 0,20-0,40 mm/rok, potenciál je 1,7-1,9 V a mechanismus je transpasivní. Rychlost je 0,35–0,60 mm/rok při 10% persíranu, potenciál je 1,8–2,0 V a mechanismus je silně transpasivní.

Vliv teploty na transpasivní přechod

Při vyšších teplotách se transpasivní oblast posouvá k nižším potenciálům. Rychlost koroze je transpasivní a je 0,10–0,20 mm/rok při 25 stupních a 5% persíranu. Roste 0,15–0,30 mm za rok při 40 stupních. Rychlost je 0,20-0,40 mm/rok při 50 stupních. Frekvence je 0,30–0,60 mm za rok při 60 stupních. Rychlost je více než 0,50 mm/rok nad 70 stupňů. Čím vyšší je teplota, tím závažnější je transpasivní rozpouštění.
**Příručka pro výběr materiálu v persulfátové službě

Následující tabulka uvádí doporučení pro ohřev roztoků persíranu sodného podle koncentrace a teploty.

Koncentrace persíranu (%) Teplota ( stupně ) Stupeň 2 Rychlost koroze (mm/rok) Rychlost koroze (mm/rok) Stupeň 7 Doporučený materiál<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 Tantal nebo PTFE
Titanium and Beyond Engineering Choices

Rychlosti transpasivního rozpouštění Grade 7 jsou mírně nižší než Grade 2 (30–50% pokles) v důsledku obohacení palladiem, avšak zlepšení není dostatečné k tomu, aby byl titan vhodný pro persulfátové použití. Tloušťka stěny je uvedena pro přídavek na korozi. S 2,0 mm stěnou a 0,20 mm za rok koroze vydrží stěna 10 let, ale to je zanedbatelné. Titanové ohřívače potažené PTFE poskytují velkou odolnost a udržují kov izolovaný od roztoku persíranu. Tantal vykazuje mnohem vyšší pasivní dosah a je odolný vůči persíranům. Zirkonium také funguje dobře, ale je drahé.

Spolehlivost specifikace

Předpokládaná rychlost koroze pro titanový ponorný ohřívač v 5% persíranu sodném při 50 stupních je 0,20–0,40 mm za rok, což je příliš vysoká hodnota pro dlouhodobé používání. Použijte titanové topné těleso potažené PTFE nebo tantalové topné těleso. 0.5 mm PTFE Tloušťka stěny by měla být 2,5 mm, pokud je potřeba titan, koncentrace persíranu by měla být udržována na 2 % a teplota na 40 stupních. Jednou ročně v provozu zkontrolujte tloušťku ohřívače. Když je tloušťka stěny 1,0 mm, vyměňte ohřívač. S vědomím, že persíran je transpasivní rozpouštědlo a ne pasivátor, inženýr vybírá vhodné materiály pro toto silné oxidační prostředí.