За грејач омотача од титанијума инсталиран у резервоару од 8% натријум бората на 95 степени, како градијент концентрације бората у близини површине цеви утиче на стабилност пасивног филма под цикличним грејањем?

8% натријум борат (На2Б4О7) на 95 степени се користи као пуферско средство и инхибитор корозије. Боратни јони (Б 4 О 7 2 - ) могу створити заштитни слој на титанијуму, али стабилност овог филма зависи од концентрације бората на површини метала. Градијент температуре преко граничног слоја индукује миграцију или таложење боратних јона под цикличним загревањем. Ово даје градијент концентрације са вишом концентрацијом бората на хладнијем раствору и нижом концентрацијом бората на површини вруће цеви. Настали градијент дестабилизује пасивни филм и доводи до локализованог стањивања. Стабилност пасивног филма се одржава на површини при концентрацији бората већој од 2 %.

Механизам формирања градијената концентрације бората

У стационарном стању загревања боратни јони се крећу према врућој површини титанијума, али их термичка дифузија (Сорет ефекат) повлачи од вруће површине. Нето резултат је осиромашен гранични слој, при чему је концентрација бората на површини цеви 10-30% мања од оне у раствору у расутом стању. Циклично загревање (циклуси укључивања{6}}искључења) изазива осциловање градијента концентрације. Како се грејач гаси, површина се хлади и боратни јони дифундују назад на површину са резултујућом пролазном пасивизацијом. Када се грејач поново укључи, градијент се поново успоставља и површина се исцрпљује. Ово периодично исцрпљивање и опоравак оптерећује пасивни филм и резултира пуцањем и ломљењем.

Квантитативна стабилност пасивних филмова у функцији површинске концентрације бората

Стабилност пасивног филма за титанијум степена 2 при различитим површинским концентрацијама бората је доказана током контролисаног тестирања у 8% натријум борату (концентрација у маси) на 95 степени под цикличним загревањем (1 сат укључен, 1 сат искључен). Дебљина пасивног филма при 4-5 % површинске концентрације (обогаћене) је 5-8 нм. Филм је стабилан и лепљив и не долази до рупица након 1000 циклуса. Филм је генерално стабилан, а након 500 циклуса (дебљина 3-5 нм на 3-4% (близу масе)) долази до појаве рупица. При 2-3% (умерено осиромашење) дебљина је 2-4 нм, филм је напукао и питтинг почиње након 200-400 циклуса. Филм је крхак и удубљење се јавља у року од 50–200 циклуса када је дебљина 1–3 нм на 1–2 % (исцрпљена). При вредностима испод 1% пасивни филм је потпуно уништен и равномерна корозија се јавља брзином од 0,1-0,3 мм/годишње.

Ефекат концентрације бората и брзине циклуса на исцрпљивање површине

Степен исцрпљености површине зависи од концентрације бората у расутом стању и фреквенције циклуса. При цикличном загревању површинска концентрација са 4% бората је минимална, 2-3%. 6% запреминска концентрација, површинска концентрација је 3-4%. Умерено стабилан. Номинална запреминска концентрација је 8%. Површинска концентрација је 4-5%. Ово је стабилно. Површинска концентрација је 5–6 % и веома стабилна на 10 % запремине. При учесталости циклуса од 6 циклуса на сат (10 мин укључено, 10 мин искључено), површинска концентрација је 10–20% нижа него при 2 циклуса дневно, пошто гранични слој нема времена да се опорави.

Водич за концентрацију бората и управљање циклусом за грејаче од титанијума

Препоруке за садржај бората и параметре циклуса за одржавање стабилности пасивног филма на титанијуму степена 2 на 95 степени су сажете у табели испод.

Масовна концентрација бората (%) Учесталост циклуса (укључено/искључено)% површински борат (процењена) стабилност пасивног филма Препоручена радња
6 <2 cycles/day 3–4 Moderate Acceptable
6 >6 циклуса/сат 2-3 Маргинално повећање концентрације
8 <2 cycles/day 4–5 Stable Optimal
8 >6 циклуса/сат 3-4 Умерено Смањите фреквенцију циклуса
10 Било који 5–6 Веома стабилан Пожељно за високу вожњу бициклом
12 Било 6–7 Веома стабилно Непотребно преко{3}}спецификације
Инжењеринг без контроле концентрације

Квалитет титанијума утиче на стабилност пасивног филма под градијентима концентрације. Степен 7 (стабилизован паладијумом) је стабилан до површинских концентрација бората од 1,5% са вишим фактором сигурности. Оцена 12 је за умерено побољшање. Дебљина зида нема утицаја на пасивни филм. Брзина грејања је важна. Споро рампинг (1 степен у минути) смањује градијент концентрације у поређењу са брзим рампингом (10 степени у минути). Мешање раствора (мешалица или рециркулацијска пумпа) смањује дебљину граничног слоја и тако минимизира градијент концентрације.

Пружање информисане спецификације

За циклично загревање грејача титанијумског омотача у 8% натријум борату на 95 степени, одржавајте концентрацију бората на 8-10% да бисте постигли површинску концентрацију преко 4% током циклуса. Ако је фреквенција циклуса већа од 6 циклуса на сат, повећајте концентрацију на 10%. За постојеће грејаче са пасивном нестабилношћу филма (неправилна потрошња енергије или питинг), додајте борат да бисте га довели до концентрације од 10% или смањили фреквенцију циклуса. Проверавајте пХ током целог рада и додајте натријум хидроксид ако је пХ испод 9. Инжењер контролише градијент концентрације бората довољном концентрацијом у маси и нижом фреквенцијом циклуса да би очувао стабилан пасивни филм титанијумских грејача.