35% 메탄올/물 혼합물을 65도에서 예열하는 데 사용되는 티타늄 침지 히터에서 0.5% 수산화나트륨을 첨가하면 부식 메커니즘이 균일한 박화에서 피팅으로 전환되는 이유는 무엇입니까?

2등급 티타늄은 65도에서 35% 메탄올/물 조합에서 0.02-0.05mm/yr로 균일하게 얇아집니다. 0.5% 수산화나트륨(NaOH)을 첨가하면 pH가 10~11로 높아집니다. 이러한 높은 pH에서 티타늄 부동태 피막은 가용성 티타네이트의 생성으로 인해 메탄올에서 덜 안정적입니다. 부식 메커니즘은 균일한 구멍에서 국부적인 구멍으로 변경됩니다. 구덩이 깊이는 연간 0.2~0.8mm로 균일한 감육보다 10~20배 빠릅니다. 이러한 변화는 메탄올 존재 시 TiO 2 용해를 촉진하여 티탄산염 이온(TiO 3 2-)을 생성하는 높은 pH에 기인합니다.

pH에 따른 균일부식에서 공식부식으로의 변화 메커니즘

티타늄의 부동태 피막은 중성 pH(6~7)의 메탄올/물 혼합물에서 안정적입니다. 필름은 점차적으로 균일하게 용해됩니다. 높은 pH(10-11)에서 수산기 이온은 TiO2와 반응합니다. TiO2 + 2OH- → TiO3 2- + H2O 티타네이트 이온은 메탄올/물 조합에 용해되어 필름이 얇아집니다. 그러나 결정립계나 금속간 입자 등 취약한 곳에서 부동태 피막이 파괴되어 공격이 균일하지 않습니다. 구덩이가 시작되면 구덩이의 높은 pH가 유지되고 구덩이가 빠르게 성장합니다.

NaOH 농도에 따른 정량적 부식률 및 메커니즘

다양한 농도의 NaOH를 사용하여 35% 메탄올/물에서 65도에서 500시간 동안 2등급 티타늄에 대한 제어 테스트를 실시한 결과 다음과 같은 결과가 나타났습니다. 0% NaOH(pH 6~7)에서 부식 속도는 0.02~0.05mm/년, 메커니즘이 균일하고 공식 밀도가 0피트/cm입니다. 2 . 0.1% NaOH(pH 9)에서 부식 속도가 0.03~0.06mm/년이고, 메커니즘이 혼합되고 공식 밀도가 1~5피트/cm2입니다. 비율은 0.3% NaOH(pH 10)에서 0.05~0.12mm/yr이며 메커니즘이 혼합되어 있으며 피팅 밀도는 5~20피트/cm2입니다. 임계 임계값은 0.10~0.25mm/년의 속도로 0.5% NaOH(pH 11)에서 발견되며, 메커니즘으로 공식이 발생하고 공식 밀도는 20~80피트/cm²입니다. 1.0% NaOH(pH 12)에서 비율은 0.20~0.50mm/yr이고, 메커니즘은 심각한 피팅이며, 피팅 밀도는 50~150피트/cm²입니다.

pH 변화에 대한 메탄올 농도의 영향

메탄올의 양에 따라 다양한 pH 값에서 균일에서 공식으로의 이동이 관찰되었습니다. 0.5% NaOH(pH 11)를 함유한 순수한 물(0% 메탄올)에서 메커니즘은 구멍 없이 연간 0.08-0.15mm의 부식 속도로 균일합니다. 0.5% NaOH를 함유한 20% 메탄올에서 메커니즘이 결합되고 피팅 밀도는 5-15피트/cm2입니다. 메커니즘은 0.5% NaOH와 35% 메탄올에 구멍을 뚫는 것이며 밀도는 20-80피트/cm2입니다. 0.5% NaOH를 함유한 50% 메탄올에서 메커니즘은 30-100피트/cm²의 밀도로 구멍을 뚫습니다. 메커니즘은 0.5% NaOH와 70% 메탄올에서 50개 이상의 피트/cm²를 갖는 심각한 피팅입니다. 메탄올 함량이 높을수록 주어진 pH에서 피팅이 더 많이 발생합니다.

메탄올/온수기 pH 제어

아래 표에는 65도에서 35% 메탄올/물에서 2등급 및 7등급 티타늄 히터의 일관된 부식을 유지하기 위한 최대 pH에 대한 지침이 포함되어 있습니다.

원하는 메커니즘 2등급의 최대 pH 7등급의 최대 pH 권장 NaOH 농도(%) 예상 부식 속도(mm/년)
제복<8 <9 <0.05 <0.05
유니폼(허용) 8 - 9 9 - 10 0.05 - 0.1 0.03 - 0.06
혼합(약간) 9–10 10–11 0.1–0.3 0.05–0.12
Avoid pitting >10 >11 >0.3 >0.12
pH를 넘어서는 엔지니어링

티타늄 등급은 전이 pH에 영향을 미칩니다. 7등급(팔라듐{2}}안정화)은 유니폼에서 피팅으로의 전환을 pH 10-11로 이동시켜 35% 메탄올의 0.5% NaOH(pH 11)에서 안전한 작동을 허용합니다. Grade 12에서는 약간의 개선이 있었습니다. 벽 두께는 피트 관통을 허용합니다. 연간 0.2mm의 구멍이 있는 2.0mm의 벽은 10년 동안 지속됩니다. 메탄올/물 혼합물에 물을 추가하면 구멍이 생길 위험이 줄어듭니다. 50% 물(50% 메탄올)에서 전이 pH는 10.5입니다. 용액에 염화물이 존재하면 전이 pH가 1-2 단위 감소합니다.

사양에 정보를 제공

65도의 35% 메탄올/물에 티타늄 침지 히터를 추가하면 2등급의 경우 0.1% 이상, 7등급의 경우 0.3% 이상 NaOH를 추가하지 마십시오. 공정상의 이유로 pH가 알칼리성이어야 하는 경우 7등급 티타늄을 사용하고 pH를 11 미만으로 유지하십시오. 0.5% NaOH에 노출된 기존 히터는 염료 침투제를 통해 구멍이 뚫리는지 확인해야 합니다. 구멍이 발견되면 히터를 교체하고 pH를 낮추십시오. 작동 중에는 매주 pH를 테스트하고 pH가 > 9(등급 2) 또는 > 10(등급 7)인 경우 아세트산을 적용하여 pH를 낮추십시오. 엔지니어는 메탄올/물 혼합물의 균일한 희석에서 빠른 피팅으로의 변화를 방지하기 위해 주요 전이 수준 아래로 pH를 제어합니다.