Dichroman sodný (Na2Cr2O7) v 10% koncentraci a 70 stupních je silně oxidační roztok. Šestimocný chrom (Cr⁶⁺) je silné oxidační činidlo se standardním redukčním potenciálem +1.33 V pro Cr₂O₇²⁻/Cr3⁺. V mnoha kovech, jako je nerezová ocel, chromátové ionty podporují pasivaci. Na titanu však šestimocný chrom nevytváří stabilní pasivní film. Ionty chrómu se nezabudují do mřížky oxidu titaničitého a vysoký oxidační potenciál ve skutečnosti žene titan do transpasivní oblasti, což způsobuje kontinuální rozpouštění pasivního filmu. Rychlost koroze titanu v 10% dichromanu sodném při 70 stupních je 0,05–0,15 mm za rok, což je vyšší než u mnoha roztoků neutrálních chloridů.

Mechanismus chování titanu v roztocích šestimocného chromu

Titan se při pasivaci spoléhá na stabilní film TiO₂. V roztocích dichromanu probíhá redukční reakce Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr3⁺ + 7H₂O na povrchu titanu. Tato reakce má vysokou hustotu výměnného proudu, posouvá smíšený potenciál titanu na hodnoty nad +1.0 V oproti standardní vodíkové elektrodě. Při těchto ušlechtilých potenciálech titan vstupuje do transpasivní oblasti, kde film Ti02 dále oxiduje na rozpustné druhy Ti4+. Pasivní film se rozpouští kontinuálně, spíše než aby zůstal stabilní. Navíc chromátové ionty netvoří nerozpustné sloučeniny s titanem, které by mohly působit jako bariérová vrstva, na rozdíl od železa nebo chrómu, kde chromát tvoří ochranné oxidy spinelu.

Kvantitativní míry koroze a povrchová analýza

Kontrolované testování v 10% Na2Cr2O7 při 70 stupních po dobu 1000 hodin prokázalo následující korozní chování titanu 2. stupně. Rychlost koroze je 0,05–0,15 mm za rok, což je 5–15krát více než rychlost ve sladké vodě při stejné teplotě. Povrch vykazuje žluto{11}}hnědé zbarvení od usazeného oxidu nebo hydroxidu chrómu. Analýza rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií ukazuje, že povrchový film obsahuje směs TiO₂ a Cr(OH)₃, ale film je porézní a nechrání -. Potenciál otevřeného-okruhu se stabilizuje na +0.6 až +0.9 V oproti Ag/AgCl, který je v transpasivní oblasti. Pitting není pozorován; místo toho dochází k rovnoměrnému ztenčování. Pro srovnání, titan 2. stupně ve 3% NaCl při 70 stupních má rychlost koroze 0,01–0,03 mm za rok s pasivním potenciálem +0.1 až +0.3 V.

Vliv koncentrace a teploty na závažnost koroze

Rychlost koroze se zvyšuje jak s koncentrací dichromanu, tak s teplotou. Při 5% Na₂Cr₂O7 a 70 stupních je rychlost koroze 0,03–0,08 mm za rok. Při 10 % a 70 stupních je rychlost 0,05–0,15 mm za rok. Při 15 % a 70 stupních se rychlost zvyšuje na 0,08–0,20 mm za rok. Při 10 % a 50 stupních rychlost klesá na 0,02–0,05 mm za rok. Při 10 % a 90 stupních se rychlost zvyšuje na 0,10–0,25 mm za rok. Při 20 % a 90 stupních dosahuje rychlost 0,15–0,35 mm za rok. Koroze je rovnoměrná, bez důlkové koroze, protože transpasivní rozpouštění probíhá rovnoměrně po povrchu. Aktivační energie pro proces je přibližně 40 kJ/mol, což ukazuje na smíšenou kinetickou a difúzní kontrolu.

Korozní chování různých druhů titanu v dichromátových roztocích

Následující tabulka porovnává rychlosti koroze různých druhů titanu v 10% dichromanu sodném při 70 stupních po dobu 1000 hodin, spolu s jejich pasivními vlastnostmi filmu.

Průvodce zmírněním dopadů a výběrem materiálu pro službu dichromanu

Pro aplikace vyžadující ohřev roztoků dichromanu sodného poskytuje následující tabulka doporučení pro výběr titanového ohřívače a provozní limity.

Engineering Beyond Grade Selection

Tloušťka stěny poskytuje přídavek na korozi; 2,0 mm stěna s rychlostí koroze 0,10 mm za rok vydrží 20 let. Povrchová úprava trubky má minimální vliv na transpasivní rozpouštění. Přítomnost chloridů v roztoku dichromanu, které se mohou vyskytovat z nečisté vody, zvyšuje rychlost koroze 2–3krát. Přidání síranových iontů má mírný inhibiční účinek. Rychlost koroze lze snížit o 30–50 % odvzdušněním roztoku, aby se odstranil kyslík, což zpomaluje katodovou reakci.

Vytvoření informované specifikace

U titanového elektrického ponorného ohřívače v 10% dichromanu sodném při 70 stupních počítejte s rychlostí koroze 0,05–0,15 mm za rok pro stupeň 2 nebo 0,04–0,12 mm za rok pro stupeň 7. Pro zajištění životnosti 10–20 let uveďte minimální tloušťku stěny 2,0 mm. Pro vyšší koncentrace nebo teploty zvažte snížení provozní teploty nebo zředění roztoku dichromanu. Během provozu sledujte ohřívač, zda nedochází ke změnám elektrického odporu, což může znamenat ztenčení. Pokud dojde ke kontaminaci roztoku chloridy, snižte teplotu na 50 stupňů. Na základě pochopení, že šestimocný chrom nepasivuje titan a místo toho způsobuje transpasivní rozpouštění, technik zvolí vhodnou tloušťku stěny a jakost pro předvídatelnou životnost v roztocích dichromanu sodného.