Kyselina dusičná je silně oxidační prostředí, kde titan vykazuje vynikající odolnost proti korozi v širokém potenciálním rozsahu. Pasivní film zůstává stabilní od přibližně 0 V do více než 1,8 V oproti SCE. Nicméně povrchová kontaminace uhlíkem-vnesená během tažení trubek, ohýbání nebo svařování zbytkovými mazivy, chladicími kapalinami nebo značkovacími inkousty-dramaticky zužuje tento pasivační rozsah. Uhlíkaté zbytky se při zvýšených teplotách rozkládají a vytvářejí na povrchu titanu lokalizované redukční podmínky. Tyto redukované oblasti nemohou udržet pasivní film TiO₂, čímž se místní potenciál posouvá do režimu aktivní koroze. Výsledkem je zrychlený útok, typicky se projevující jako jednotlivé leptané pásy nebo důlkové oblasti odpovídající vzoru kontaminace. Pochopení tohoto mechanismu je nezbytné pro provoz s kyselinou dusičnou, kde spolehlivost ohřívače závisí na čistém, rovnoměrně pasivním povrchu.

Mechanismus rozkladu pasivity vyvolané uhlíkem{{0}

Výrobní maziva obvykle obsahují uhlovodíky, chlorované parafíny, mastné kyseliny a přísady pro extrémní-tlaky. Při běžné manipulaci zůstávají tenké filmy těchto sloučenin na povrchu titanu i po odmaštění. Když je ohřívač ponořen do horké kyseliny dusičné (např. 40–65 % HNO3 při 80–100 stupních), nastanou dva efekty. Nejprve kyselina dusičná oxiduje uhlíkové zbytky, čímž vzniká oxid uhličitý a voda. Avšak v lokalizovaných oblastech, kde je uhlík silný, částečná oxidace vytváří oxid uhelnatý a organické kyseliny. Tyto produkty lokálně spotřebovávají kyselinu dusičnou a snižují oxidační potenciál. Za druhé, exotermická oxidace uhlíku zvyšuje místní povrchovou teplotu, čímž se urychluje rozklad kyseliny dusičné na oxidy dusíku. Kombinace snížené lokální oxidační síly a zvýšené teploty vytváří mikroprostředí, kde povrchový potenciál titanu klesá pod pasivační práh (přibližně 0,2 V vs. SCE). Aktivní koroze začíná na těchto uhlíkem{17}}kontaminovaných místech, tvoří se důlky nebo příkopy.

Kvantitativní snížení rozsahu pasivace od kontaminace uhlíkem

Kontrolované elektrochemické testování v 50% HNO3 při 85 stupních stanovilo následující pasivační rozsahy pro titan Grade 2 s různými úrovněmi povrchového uhlíku:

Čistý povrch (<0.1 mg/cm² carbon, properly degreased and acid pickled): Passivation range from 0.1V to >2,0 V vs. SCE. Rychlost koroze pod 0,01 mm za rok napříč všemi praktickými potenciály. Bez důlků po 1000 hodinách.

Lehká kontaminace (0,1–0,5 mg/cm² uhlíku, typické pro jeden odmašťovací průchod): Pasivační rozsah snížen na 0,2–1,6 V vs. SCE. Při potenciálech nad 1,6 V (typické pro koncentrovanou kyselinu dusičnou) začíná lokalizovaný rozklad v místech uhlíku. Hloubka důlků 20–50 µm po 500 hodinách.

Mírná kontaminace (0,5–2,0 mg/cm² uhlíku ze zbytků mazání): Pasivační rozsah dále snížen na 0,3–1,2 V oproti SCE. Nad 1,2 V dochází na kontaminovaných místech k aktivní korozi. Rychlost koroze na uhlíkových skvrnách 0,5–1,0 mm za rok. Důlková dírka pronikne 1,0 mm stěnou během 500–1 000 hodin.

Heavy contamination (>2,0 mg/cm² uhlíku, viditelné šmouhy nebo otisky prstů): Pasivační rozsah zúžen na 0,4–0,8 V vs. SCE. Při typických potenciálech kyseliny dusičné (1,0–1,4 V) povrch v kontaminovaných oblastech aktivně koroduje. Rychlý lokalizovaný útok s penetrací přesahující 2 mm za rok.

Průvodce kontrolou kontaminace uhlíkem pro servis s kyselinou dusičnou

Následující tabulka poskytuje rámec rozhodování pro specifikaci postupů čištění na základě koncentrace kyseliny dusičné a provozní teploty:

Engineering Beyond Carbon Removal Only

Tloušťka stěny trubky poskytuje bezpečnostní faktor, jakmile dojde k karbonové -prohlubni. Stěna o tloušťce 1,5 mm s lehkou kontaminací může přežít 1 000 hodin před průnikem do jámy, zatímco stěna o tloušťce 0,8 mm selže do 300 hodin. Třída obecného kovu také upravuje náchylnost: Titan třídy 7 (0,15 % Pd) vykazuje širší rozsah pasivace na čistých površích, ale vykazuje podobné zúžení způsobené uhlíkem{10}}. Proto přidání palladia nekompenzuje špatné čištění. Nejzranitelnějšími místy jsou oblasti ovlivněné teplem svaru,{13}}kde se během svařování může na povrchu připálit nanášené mazivo. Čištění po-svaru drátěným kartáčem z nerezové oceli (určeným pouze pro titan) odstraňuje uhlíkovou kontaminaci ze svarů. Při manipulaci po čištění je nutné používat čisté bavlněné rukavice, aby se zabránilo olejům z otisků prstů, které obsahují uhlík a chloridy.

Vytvoření informované specifikace

Při specifikaci titanového elektrického ohřívače pro použití s ​​kyselinou dusičnou zahrňte požadavek na čistotu povrchu do specifikace nákupu. Požadujte, aby byly všechny titanové komponenty alkalicky odmaštěny a následně mořeny kyselinou (20% HNO₃ + 2% HF po dobu 5 minut, poté důkladně opláchněte). U koncentrované kyseliny dusičné nad 70 % při zvýšených teplotách specifikujte, že dodavatel provede pasivační ověřovací test: ponořte reprezentativní kupón do zamýšlené kyseliny dusičné při provozní teplotě na 24 hodin a poté mikroskopicky zkontrolujte, zda nedošlo k důlkové korozi. Během uvádění do provozu naplňte systém 20% HNO3 při 50 stupních a nechte 2 hodiny cirkulovat, aby došlo k pasivaci všech povrchů a odstranění zbytkového uhlíku. Sledujte barvu kyseliny dusičné; žluté zabarvení indikuje tvorbu oxidu dusíku z oxidace uhlíku signalizující nedostatečné čištění. Řízením povrchové uhlíkové kontaminace jako kritického parametru technik zajišťuje, že titanový ohřívač dosáhne svého plného pasivačního rozsahu a poskytuje spolehlivou službu v silně oxidujících prostředích kyseliny dusičné.