티타늄 외장 히터를 사용하여 5% 주석산나트륨 용액을 103도에서 끓일 때 왜 주석산 이온이 티타늄 이온을 복잡하게 하고 재부동태화를 방지하여 연간 0.2mm의 균일한 부식을 초래합니까?

5% 주석산 나트륨에서 주석산 이온(C₄H₄O₆²⁻)은 103도(끓는점)에서 티타늄에 대한 강력한 킬레이트제입니다. 피팅 공격은 염화물과 불화물에 의해 발생하지만 주석산염은 용해성 티타늄 주석산염 착물(Ti⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]⁴⁻)을 형성합니다. 착화합물은 Ti 4+ 이온이 형성될 때 표면에서 제거하고 안정적인 부동태 피막의 형성을 억제합니다. 보호 커버가 없으면 티타늄은 국부적인 구멍 없이 연간 0.15~0.25mm의 일정한 속도로 균일하게 침식됩니다. 부식율은 초기 일시적인 단계 이후 시간의 함수가 아닙니다.

타르타르산염 메커니즘-균일 부식 유발

주석산염 이온에는 Ti 4+ . log K~20)과 함께 안정적인 5원 킬레이트 고리를 형성할 수 있는 여러 수산기와 카르복실기가 있습니다. Ti- 주석산염 복합체의 형성 상수는 매우 높습니다. 이는 금속 표면에서 방출된 모든 Ti⁴⁺가 착화되어 즉시 용액에 흡수된다는 것을 의미합니다. TiO2의 용해도 곱은 매우 높은 국소 농도의 Ti에서만 초과되기 때문에 부동태 피막은 성장할 수 없습니다.4+. 부식 과정은 금속의 직접적인 용해(Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻)에 기초하고 빠른 착화합물이 뒤따릅니다. 국부적으로 분해되는 부동태막이 없기 때문에 공정이 균일합니다.

정량적 부식률 대 타르트레이트 농도

500시간 동안 끓는 주석산 나트륨 용액(103도)에서 제어된 테스트를 통해 2등급 티타늄에 대해 다음이 확립되었습니다. 0% 주석산염(순수)에서 부식 속도는 0.005~0.010mm/yr이고 표면은 밝으며 메커니즘은 수동적입니다. 1% 주석산염에서는 그 비율이 연간 0.03~0.06mm이며, 표면에 가벼운 에칭이 나타나고 메커니즘이 혼합됩니다. 3% 주석산염의 비율은 0.08~0.15mm/년이며, 표면은 균일한 에칭을 나타내며 복합화는 일반적인 과정입니다. 5% 주석산염의 경우 비율은 0.15~0.25mm/yr이고, 표면은 균일한 무광택 마감 처리이며, 10% 주석산염에서는 공정이 복합화가 지배적입니다. 0.20-0.35 mm/yr, 표면은 고르게 무광택이며 메커니즘은 심각한 복합화입니다.

pH와 온도가 착화율에 미치는 영향

착화 속도와 부식 속도는 pH와 온도의 함수입니다. 60C, pH 7 및 5% 주석산염에서의 부식 속도는 0.04-0.08mm/yr입니다. 80도 및 pH 7에서의 속도는 0.08-0.15mm/yr입니다. 비율은 100도 및 pH 7에서 연간 0.15~0.25mm입니다. 비율은 100도 및 pH 9에서 연간 0.10~0.18mm입니다(pH가 높을수록 부식이 감소합니다). 100도, pH 5, 0.20–0.35 mm/년의 속도(pH가 낮을수록 부식 속도가 증가함). 활성화 에너지는 약 50kJ/mol입니다.

티타늄 히터의 주석산염 농도 및 pH 제어

다음 표는 주석산나트륨 용액의 2등급 및 7등급 티타늄 히터에 권장되는 작동 조건을 제공합니다.

주석산나트륨 농도(%) 온도(도) pH 2등급 부식률(mm/년) 부식률(mm/년) 7등급 권장사항<1 100 7 0.03–0.06 0.02–0.04 Acceptable 1–3 80 7 0.05–0.10 0.03–0.06 Acceptable 3–5 80 7 0.08–0.15 0.05–0.10 Use Grade 7 3–5 100 7 0.15–0.25 0.10–0.18 Use Grade 7 + thick wall
5-10 100 9 0.10-0.18 0.06-0.12 pH increase >10 Any Any >0.20 >0.12 주석산염 농도 조절 이상의 엔지니어링은 권장되지 않습니다.

티타늄 등급은 복합화 속도에 영향을 미칩니다. 7등급(팔라듐 안정화) 부식 속도는 주석산염 용액의 2등급 부식 속도보다 30~50% 낮습니다. 팔라듐은 복잡한 조건에서도 얇은 패시브 코팅을 안정화하기 때문입니다. 12학년에서는 약간의 개선이 나타납니다. 벽 두께는 부식 허용량 . 2 . 0 mm 벽을 제공하며 0 . 15 mm/년 균일한 부식은 13년 동안 지속됩니다. 표면 마감은 균일한 부식에 거의 영향을 미치지 않습니다. 수산화나트륨을 사용하여 pH를 9로 높이면 부식 속도가 30~40% 감소합니다. 온도를 100도에서 80도로 낮추면 속도가 절반으로 줄어듭니다.

정보에 입각한 사양 개발

티타늄 외장 히터의 경우 지배적인 메커니즘은 103도에서 5% 주석산나트륨에서 균일한 부식이 발생하는 것으로 가정해야 합니다. 7등급 티타늄을 사용하면 부식 속도를 연간 0.10~0.18mm로 낮출 수 있습니다. 10~15년의 사용 수명을 위해 2.0mm의 벽 두께를 사용하십시오. 수산화나트륨을 사용하여 pH를 9(가능하다면)로 높이거나 온도를 80C로 낮추십시오. 작동 중 히터의 두께는 1년에 한 번씩 초음파 측정으로 모니터링하고 벽 두께가 0.5mm에 도달하면 히터를 교체합니다. 엔지니어는 주석산 이온이 티타늄 이온을 복잡하게 만들고 재부동태화를 억제한다는 사실을 알고 있으므로 예측 가능한 균일한 부식을 보장하기 위해 올바른 등급과 벽 두께를 선택합니다.