Как присутствие ионов-окислителей (Fe³⁺, Cu²⁺) в 5%-ной серной кислоте при температуре 60 градусов расширяет или уменьшает пассивный диапазон нагревательных трубок из титана класса 2?

Титан марки 2 близок к своему активному-пассивному переходу в 5 % H2SO4 при 60 градусах. 2 степень. В деаэрированной кислоте бурно разрушается со скоростью от 0,5 до 2,0 мм в год. В присутствии растворенного кислорода или ионов-окислителей (Fe³⁺, Cu²⁺, Cr⁶⁺) титан пассивируется и скорость коррозии становится ниже 0,01 мм/год. Но ионы-окислители в больших количествах иногда могут привести к чрезмерной пассивации или точечной коррозии. В данной статье обсуждается влияние Fe3+ и Cu2+ на расширение или уменьшение пассивного диапазона Grade 2 в 5% H2SO4 при 60 градусах.

Механизм пассивации с помощью источника окислительных ионов
Восстанавливаемыми окислителями являются ионы железа (Fe3+) и меди (Cu2+). Их восстановление на поверхности титана дает катодный ток, который поляризует титан в пассивную область: Fe3+ + e- → Fe2+ (E0=+0.77 V по сравнению с SHE) Cu2+ + 2e- → Cu0 (E0=+0.34 V по сравнению с SHE). Критический потенциал пассивации титана в 5% H2SO4 составляет от ~-0,2 до 0 В по сравнению с SCE. И Fe 3+, и Cu 2+ создают достаточный катодный ток, чтобы преодолеть этот барьер.

Эффекты концентрации
Испытание степени 2 в 5% H2SO4 при температуре 60 градусов и различных концентрациях Fe3+ и Cu2+:

Без ионов-окислителей (деаэрировано): Активная коррозия 1,0-2,0 мм/год.

Fe³⁺ 10 ppm Происходит пассивация. Скорость коррозии снижается до 0,02-0,05 мм/год. Пассивный диапазон расширен.

50–500 ppm Fe3+ Стабильная пассивация. Скорость коррозии 0,01-0,03 мм/год. Лучший ассортимент.

Fe3+ 1,000–5000 ppm: все еще пассивен, но риск образования язв увеличивается в присутствии хлоридов.

Fe³⁺ 5000 частей на миллион: может вызвать чрезмерную-пассивацию при более высоких температурах (но не при 60 градусах).

Для Cu 2+: та же реакция, но Cu 2+ может осаждать металлическую медь на титане (Cu 2+ + 2e − → Cu 0). Медные отложения представляют собой гальванические элементы, и это хорошо, если они однородные, но плохо, если они узловатые.

Синергические и антагонистические действия
Fe³⁺ + Cu²⁺ вместе: лучшая стабильность пассивации, чем каждый из них по отдельности. В присутствии Fe3+ смешанный потенциал является промежуточным и медные отложения более однородны.

Ионы-окислители + хлориды: В присутствии ионов-окислителей хлориды (даже 10–50 частей на миллион) могут вызвать точечную коррозию. Пассивация плюс агрессивный анион — оптимальная комбинация для борьбы с точечной коррозией.

Ионы-окислители + восстановители. При использовании восстановителей (SO₂, H₂S, органические вещества) Fe³⁺ пассивация теряется. Проверьте концентрацию Fe3+.

Измеренная скорость коррозии
Концентрация окислительных ионов Скорость коррозии (мм/год) Пассивный? Явная опасность
Нет (деаэрация) 0 ppm 1,0–2,0 Нет Нет (активная коррозия)
Fe3+10 ppm0.02-0.05ДаLowFe3+100 ppm0.01-0.02ДаLowFe3+1,000 ppm0.01-0.03ДаLow (если Cl- 10 ppm)
Cu²⁺ 10 частей на миллион 0.03 - 0.08Да (с медным отложением) Умеренная Cu2+ 100 частей на миллион 0,02–0,05 Да Умеренная (узловатая медь)
Fe³⁺ + Cu²⁺ (1:1) по 100 частей на миллион каждый 0,01–0,02 Да Низкая Fe³⁺ + 50 частей на миллион Cl⁻ 100 частей на миллион 0,02–0,05 (питтинг) Да (но точечная коррозия) Высокая Матрица применения для класса 2 в 5% H₂SO₄ при 60 градусах
Условия эксплуатации Уровень содержания окислительных ионов и хлоридов. Ожидаемый класс 2. Рекомендуемые действия.
Деаэрированная кислота Нет Любая Активная коррозия (1–2 мм/год) Добавьте Fe3+ или используйте марку 7
Барботирование воздухаO₂ (8 частей на миллион)<10 ppm Passive (0.01-0.03 mm/yr)Not Acceptable
Fe3+ в процессе (например, травление стали) 50–500 частей на миллион.<10 ppmExcellent passive (0.01mm/year) Mint condition
Fe3+ + chlorides e.g. HCl pollution 100 ppm 50 ppm Pitting (0.1-0.3 mm/year pits) Add Fe3+ >500 частей на миллион или ниже Cl- Cu2+ от первичной обработки меди 100 частей на миллион<10 ppmPassive with Cu depositionCheck copper thickness Clean once a year
Нагревательные трубки класса 2 в 5% H 2 SO 4 при 60 градусах с добавкой 10-500 ppm Fe 3+ показывают увеличение пассивного диапазона со скоростью коррозии.<0.03 mm/year compared to >1 мм/год. Fe³⁺ хорош, и его, если возможно, следует поддерживать. Cu²⁺ также способствует пассивации, но может откладывать металлическую медь-однородные отложения являются защитными, узелковые отложения вызывают гальваническое воздействие. Ионы-окислители соединяются с хлоридами и вызывают точечную коррозию. Поддерживайте содержание Fe³⁺ выше 500 частей на миллион, чтобы избежать точечной коррозии, вызванной хлоридами. Для новых процессов рассмотрите возможность добавления 50-100 ppm Fe3+ (в виде Fe2(SO4)3) для обеспечения пассивации. Если ионы-окислители невозможно сохранить, используйте титан класса 7. Для существующих нагревателей с активной коррозией впрыск раствора Fe3+ переводит нагреватель в пассивный режим; это недорогое вмешательство может продлить срок службы обогревателя от месяцев до лет.