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, pH 9에서는 무슨 일이 일어나는가?

80도의 메타규산나트륨(Na2SiO₃) 용액에서 규산염 이온은 티타늄 표면에서 중합됩니다. 11 이상의 pH 값에서는 규산염으로부터 0.5~2μm 두께의 연속적인 비다공성 보호막이 형성됩니다.- pH 9에서 코팅은 다공성이고 균열이 있으며 비{8}}보호적이며 염화물 또는 기타 공격적인 종과 구멍이 침투할 수 있습니다. 이러한 불일치는 규산염 이온의 중합 상태로 인해 발생합니다. 높은 pH에서 규산염은 조밀한 유리층을 생성하는 단량체 SiO₄⁴⁻ 이온으로 발생합니다. 낮은 pH에서 규산염은 중합되어 다공성 파괴 구조를 생성하는 콜로이드 사슬을 생성합니다.

pH-의존적 규산염 피막 형성 메커니즘

The polymerization of silicate ions SiO4 4- + H2O HSiO4 3- + OH- At high pH (>11) 평형은 두꺼운 비정질 실리카 층으로 침전되는 단량체 이온으로 이동합니다. pH 9-10에서 이온은 다공성 네트워크를 형성하는 사슬형 구조로 중합됩니다. 이 필름은 또한 나트륨 이온을 사용하여 규산 나트륨 유리를 만듭니다. 보호 능력은 필름의 밀도와 미세 균열이 없는 것으로 정의됩니다.

pH에 따른 정량적 필름 품질.

10% Na2SiO3에서 80도에서 500시간 동안 제어된 테스트를 통해 2등급 티타늄에 대해 다음이 확립되었습니다. pH 8에서 필름 두께는 0.1~0.3μm이고 필름의 다공성은 상당하며 부식 속도는 연간 0.15~0.30mm이고 구멍이 존재합니다. pH 9에서는 두께가 0.2~0.5μm이고 다공성이 높으며 부식 속도는 연간 0.08~0.20mm이며 피팅이 간헐적으로 발생합니다. pH 10에서 두께는 0.5~1.0μm이고 다공성은 보통이며 부식 속도는 0.04~0.10mm/년이며 구멍이 자주 발생하지 않습니다. pH 11에서 두께는 1.0~1.5μm이고 다공성은 최소이며 부식 속도는 0.02~0.05mm/년이고 구멍이 없습니다. 두께는 1.5~2.5μm이고 기공률은 매우 낮으며 부식속도는 0.01~0.03mm/년으로 pH 12에서는 공식이 발생하지 않는다. pH 13에서는 두께가 2.0~3.0μm, 기공률이 매우 낮고 부식속도는 0.005~0.015mm/년으로 공식이 관찰되지 않는다.

pH 요구사항에 대한 온도의 영향

보호 필름의 임계 pH는 온도에 따라 달라집니다. 최소 pH는 60oC에서 10.5이고 권장 pH는 11.0입니다. 80도에서 최소값은 11.0이고 권장값은 11.5입니다. 최소값은 100도에서 11.5이고 권장값은 12.0입니다. 최소값은 12.0이고 권장값은 120℃에서 12.5입니다. 온도가 높을수록 규산염 중합이 유리하므로 규산염을 단량체 형태로 유지하려면 더 높은 pH가 필요합니다.

메타규산나트륨 서비스 pH 조절 가이드

아래 표는 80도에서 10% 메타규산나트륨으로 2등급 티타늄 히터의 보호 규산염 막을 유지하기 위한 pH 조절에 대한 지침입니다.

pH of Operation Film Quality Corrosion Rate (mm/year)Pitting Risk Recommended Action >11 보호<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 비-보호 0.15–0.30 높은 재설계 솔루션<8 Unstable >0.30 심각함 허용되지 않음
pH 제어에 대한 엔지니어링

필요한 pH는 티타늄 등급에 따라 결정됩니다. 7등급(팔라듐-안정화)은 2등급보다 다소 낮은 pH 10.5 ~ 11.0에서 보호 규산염 코팅을 생성합니다. 2등급은 12등급과 동일합니다. 필름이 절대적으로 보호되지 않는 경우 벽 두께는 부식 허용치를 제공합니다. 필름 형성은 Na 2 SiO 3 의 규산염 함량. 5%에 영향을 받습니다. pH 11.5가 필요합니다. 15% Na2SiO3에서 필요한 pH는 10.5입니다. 염화물(불순물에서 유래)은 pH 요구사항을 0.5~1.0 pH 단위만큼 높입니다. 높은 pH에 맞게 보정된 pH 측정기를 사용하여 용액을 모니터링해야 합니다.

지식으로 스펙 만들기

80도에서 10% 메타규산나트륨에 티타늄 침지 히터의 pH를 11.0 이상으로 유지하려면 수산화나트륨을 추가합니다. 알람이 10.8이고 인터록이 10.5인 pH 컨트롤러를 설치하십시오. pH가 11 미만인 기존 시스템에 NaOH를 추가하여 pH를 11.5로 높입니다. pH를 높일 수 없는 경우 7등급 티타늄을 사용하거나 온도를 60도까지 낮추십시오. 작동 중 히터 표면에 패인 부분이 있는지 확인하십시오. 구멍이 보이면 즉시 pH를 높이십시오. 엔지니어는 티타늄 위에 보호용 비다공성 규산염 코팅을 개발하기 위해 pH를 11 이상으로 유지합니다.