When a Titanium Immersion Heater Is Installed in a 10% Sodium Metasilicate Solution at 80°C, Why Does the Silicate Ion Form a Protective, Non-Porous Film Only at pH >11 и что происходит при pH 9?
Оставить сообщение
В растворах метасиликата натрия (Na₂SiO₃) при 80 градусах ионы силиката полимеризуются на поверхности титана. При значениях pH выше 11 из силиката образуется сплошная не-пористая защитная пленка толщиной 0,5–2 мкм. При pH 9 покрытие становится пористым, трещиноватым, не-защитным и допускает проникновение хлоридов или других агрессивных веществ и образование язв. Расхождение обусловлено состоянием полимеризации силикат-ионов. При высоком pH силикат встречается в виде мономерных ионов SiO₄⁴⁻, которые создают плотный стекловидный слой. При низком pH силикат полимеризуется с образованием коллоидных цепочек, образующих пористую трещиноватую структуру.
Механизм образования силикатной пленки, зависящей от pH-
The polymerization of silicate ions SiO4 4- + H2O HSiO4 3- + OH- At high pH (>11) равновесие смещается к мономерным ионам, которые осаждаются в виде толстого слоя аморфного кремнезема. При pH 9-10 ионы полимеризуются с образованием цепочечных структур, образующих пористую сетку. В пленке также используются ионы натрия для создания натриево-силикатного стекла. Способность защиты определяется плотностью пленки и отсутствием микротрещин.
Количественное качество пленки как функция pH.
Для титана Grade 2 контрольными испытаниями в 10% Na2SiO3 при 80 градусах в течение 500 часов установлено: При pH 8 толщина пленки составляет 0,1-0,3 мкм, пористость пленки значительная, скорость коррозии 0,15-0,30 мм в год, имеется питтинг. При рН 9 толщина составляет 0,2–0,5 мкм, пористость высокая, скорость коррозии 0,08–0,20 мм в год, питтинг единичный. При pH 10 толщина составляет 0,5–1,0 мкм, пористость умеренная, скорость коррозии 0,04–0,10 мм/год, питтинг нечастый. При pH 11 толщина составляет 1,0–1,5 мкм, пористость минимальная, скорость коррозии 0,02–0,05 мм/год, питтинг отсутствует. Толщина 1,5-2,5 мкм, пористость очень низкая, скорость коррозии 0,01-0,03 мм/год, при рН 12 питтинг не возникает. При рН 13 толщина 2,0-3,0 мкм, пористость очень низкая, скорость коррозии 0,005-0,015 мм/год, питтинг не наблюдается.
Влияние температуры на требование pH
Критический уровень pH защитной пленки зависит от температуры. Минимальный pH составляет 10,5 при 60 o C, тогда как рекомендуемый pH составляет 11,0. При 80 градусах минимум — 11,0, рекомендуемый — 11,5. Минимальное значение — 11,5 при 100 градусах, рекомендуемое — 12,0. Минимальное значение составляет 12,0, а рекомендуемое — 12,5 при 120 градусах C. Более высокие температуры благоприятствуют полимеризации силиката и поэтому требуют более высокого pH для сохранения силикатов в мономерной форме.
Руководство по контролю pH службы метасиликата натрия
В таблице ниже приведены рекомендации по контролю pH для поддержания защитной силикатной пленки на титановых нагревателях класса 2 в 10%-ном метасиликате натрия при температуре 80 градусов.
pH of Operation Film Quality Corrosion Rate (mm/year)Pitting Risk Recommended Action >11 Защитный<0.05 None None 10–11 Marginal 0.05–0.10 Low Increase pH with NaOH 9–10 Poor, porous 0.10–0.20 Moderate Add NaOH to increase to >11 8–9 Не-защитный 0,15–0,30 Высокая Решение по перепроектированию<8 Unstable >0,30 Тяжелая Неприемлемо
Инженерия важнее контроля pH
Требуемый уровень pH определяется маркой титана. Класс 7 (стабилизированный палладием-) образует защитное силикатное покрытие при pH от 10,5 до 11,0, что несколько ниже, чем у класса 2. Класс 2 аналогичен классу 12. Толщина стенки обеспечивает допуск на коррозию, если пленка не является абсолютно защитной. На образование пленки влияет содержание силикатов. 5% Na 2 SiO 3 требует рН 11,5. При 15% Na2SiO3 требуемый уровень pH составляет 10,5. Хлориды (из примесей) повышают требования к pH на 0,5–1,0 единицы pH. Для контроля раствора следует использовать pH-метр, откалиброванный на высокий уровень pH.
Создание спецификации со знанием дела
Добавьте гидроксид натрия для поддержания pH выше 11,0 для титанового погружного нагревателя в 10% метасиликате натрия при температуре 80 градусов. Установите контроллер pH с сигнализацией на уровне 10,8 и блокировкой на уровне 10,5. Добавьте NaOH в существующие системы с pH ниже 11, чтобы повысить pH до 11,5. Если pH невозможно повысить, используйте титан класса 7 или снизьте температуру до 60 градусов. Проверьте наличие точечной коррозии на поверхности нагревателя во время работы. Немедленно повысьте уровень pH, если появятся питтинги. Инженер поддерживает уровень pH выше 11, чтобы создать защитное не-пористое силикатное покрытие поверх титана.
