Почему для погружного титанового нагревателя в 5% растворе персульфата натрия при температуре 50 градусов ион персульфата не пассивирует титан, несмотря на то, что он является сильным окислителем, а вместо этого вызывает транспассивное растворение?

Персульфат натрия (Na₂S₂O₈) является сильным окислителем со стандартным восстановительным потенциалом S₂O₈²⁻/SO₄²⁻ 2,01 В, что выше, чем у азотной кислоты. В случае титана персульфат вызывает транспассивное растворение, а не стойкую пассивацию. При 50 градусах C сильный окислительный потенциал перемещает поверхность титана в транспассивную область при напряжении выше 1,8 В по сравнению с обычным водородным электродом, где пассивный слой разрушается и титан растворяется в виде Ti 4 + со скоростью 0,2–0,5 мм в год. Транспассивное растворение равномерное, без питтинга. Однако скорость коррозии слишком высока для большинства применений.

Механизм транспассивного растворения, индуцированного персульфатом

Титан имеет стабильную пассивную область примерно между 0 и 1,8 В. При потенциалах выше 1,8 В пленка TiO2 окисляется до растворимых частиц Ti 4 +: TiO2 + 2H2O → Ti 4 + + 4OH - + 2e - .. Суммарный потенциал титана в персульфате, очень сильном окислителе, составляет 1,7–2,0 В. В этом диапазоне ток транспассивного растворения велик. Коррозия однородная, так как вся поверхность находится в транспассивной зоне. Локализованного разрыва не происходит, однако происходит постоянное растворение пленки.

Концентрация персульфата Количественная скорость коррозии как функция

В случае титана класса 2 в ходе контролируемых испытаний в персульфате натрия при 50 градусах в течение 500 часов были установлены следующие характеристики. При 0% персульфата (базовый уровень) скорость коррозии составляет 0,005–0,010 мм/год, поверхностный потенциал 0,2–0,5 В и механизм пассивный.. 1% персульфата 0,05–0,12 мм/год 1,2–1,5 В Смешанный 3% персульфат Скорость 0,12–0,25 мм/год Потенциал 1,5–1,7 В Механизм Транспассивное инициирование. При 5% персульфате скорость составляет 0,20-0,40 мм/год, потенциал 1,7-1,9 В, механизм транспассивный. Скорость составляет 0,35–0,60 мм/год при 10% персульфате, потенциал – 1,8–2,0 В, механизм – тяжелый транспассивный.

Влияние температуры на транспассивный переход

При более высоких температурах транспассивная область смещается в сторону более низких потенциалов. Скорость коррозии транспассивная и составляет 0,10–0,20 мм/год при 25 градусах и 5% персульфате. При 40 градусах он растет на 0,15–0,30 мм в год. Скорость составляет 0,20-0,40 мм/год при 50 градусах. Скорость составляет 0,30–0,60 мм в год при 60 градусах. Скорость составляет более 0,50 мм/год при температуре выше 70 градусов. Чем выше температура, тем тяжелее транспассивное растворение.
**Руководство по выбору материалов для персульфатной службы

В следующей таблице приведены рекомендации по нагреванию растворов персульфата натрия в зависимости от концентрации и температуры.

Концентрация персульфата (%) Температура (градусы) Класс 2 Скорость коррозии (мм/год) Скорость коррозии (мм/год) Класс 7 Рекомендуемый материал<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 Тантал или ПТФЭ
Титан и не только инженерные решения

Скорость транспассивного растворения для класса 7 немного ниже, чем для класса 2 (снижение на 30–50%) из-за обогащения палладием, однако этого улучшения недостаточно, чтобы сделать титан пригодным для использования в качестве персульфата. Толщина стенки указана с учетом припуска на коррозию. При толщине стенки 2,0 мм и коррозии 0,20 мм в год стена прослужит 10 лет, но это незначительно. Титановые нагреватели с покрытием из ПТФЭ обеспечивают высокую стойкость и изолируют металл от раствора персульфата. Тантал демонстрирует гораздо более высокий пассивный диапазон и устойчив к персульфату. Цирконий тоже хорошо работает, но он дорогой.

Спецификация Уверенность

Прогнозируемая скорость коррозии титанового погружного нагревателя в 5 % персульфате натрия при температуре 50 градусов составляет 0,20–0,40 мм в год, что слишком много для длительного использования. Используйте титановый нагреватель с покрытием из ПТФЭ или танталовый нагреватель. 0.5 мм. ПТФЭ. Толщина стенки должна составлять 2,5 мм. Если необходим титан, концентрацию персульфата следует поддерживать на уровне 2 %, а температуру — на уровне 40 градусов. Проверяйте толщину нагревателя один раз в год в процессе эксплуатации. Когда толщина стенки составит 1,0 мм, замените утеплитель. Зная, что персульфат является транспассивным растворителем, а не пассиватором, инженер подбирает подходящие материалы для этой жесткой окислительной среды.