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?

Пуферско средство и инхибитор корозије је натријум борат (На₂Б₄О₇) у концентрацији од 8% и 95 степени. Боратни јони (Б4О72−) могу створити заштитни слој на титанијуму, али стабилност овог филма зависи од концентрације бората на површини метала. Циклично загревање узрокује да боратни јони мигрирају или таложе, вођени температурним градијентом кроз гранични слој. Дакле, градијент концентрације је постављен са концентрацијом бората која је већа у хладнијем раствору и нижа на загрејаној површини цеви. Овај градијент дестабилизује пасивни филм и изазива регионално стањивање. Пасивни филм је стабилан када је концентрација бората на површини већа од 2%.

Механизам развоја градијента концентрације бората

Боратни јони дифундују ка врућој површини титанијума током стабилног{0}}загревања, али топлотна дифузија (Сореов ефекат) их гура даље од вреле површине. Нето резултат је исцрпљивање граничног слоја тако да је концентрација бората на површини цеви 10-30% нижа него у раствору у расутом стању. Градијент концентрације осцилира током цикличног загревања (циклуси укључивања{7}}искључења). Како се грејач гаси, површина се хлади и боратни јони се дифундују назад на површину, што резултира привременом пасивизацијом. Када се грејач поново укључи, градијент се поново успоставља и површина постаје исцрпљена. Ово поновљено исцрпљивање и опоравак стављају стрес на пасивни филм, чинећи га пуцањем и љуштењем.

Квантитативна стабилност пасивног филма у односу на површинску концентрацију бората

Контролисано испитивање у 8% натријум борату (максимална концентрација) на 95 степени при цикличном загревању (1 сат укључено, 1 сат искључено) потврдило је стабилност пасивног филма титанијума степена 2 при различитим површинским концентрацијама бората. Дебљина пасивног филма за површинску концентрацију од 4-5% (обогаћена) је 5-8 нм, филм остаје стабилан и пријањан, а након 1.000 циклуса се не развија рупица. При 3–4 % (близу запремине) дебљина је 3–5 нм, премаз је прилично стабилан и понекад се развија рупица након 500 циклуса. При 2-3 % (умерено исцрпљивање), дебљина је 2-4 нм, филм пуца и питтинг почиње након 200-400 циклуса. 1-2% (исцрпљен) и филм је нестабилан са питтингом унутар 50-200 циклуса, са дебљином од 1-3 нм. Испод 1% пасивни филм се потпуно распада и јавља се равномерна корозија на 0,1-0,3 мм годишње.

Ефекат концентрације бората и фреквенције циклуса на исцрпљивање површине

Степен површинског исцрпљивања зависи од садржаја бората и учесталости циклуса. При цикличном загревању, површинска концентрација је минимална, 2-3 % на 4 % бората. При 6 % запремине, површинска концентрација је 3–4 %, што је умерено стабилно. Површинска концентрација је 4–5% (стабилна) при 8% запремине (номинална). Површинска концентрација је веома стабилна на 5-6% за 10% масе. При 6 циклуса на сат (10 мин укључено, 10 мин искључено) површинска концентрација је 10–20% нижа него при 2 циклуса дневно, јер гранични слој нема времена да се опорави.

Титанијумски грејачи - Водич за концентрацију бората и управљање циклусом

Табела испод садржи препоруке за концентрацију бората и параметре циклуса за одржавање стабилности пасивног филма на титанијуму степена 2 на 95 степени.

Масовна концентрација бората (%) Учесталост циклуса укључивања/искључивања% Процењена површина бората Стабилност пасивног филма Препоручена радња
6 <2 cycles/day 3-4 Moderate Acceptable
6 > 6 циклуса/сат 2–3 Гранично Повећање концентрације
8 <2 cycles/day 4-5 Stable Optimal
8 >6 циклуса/сат 3-4 Умерено Нижа фреквенција циклуса
10 Било који 5–6 Веома стабилан Пожељно за високу вожњу бициклом
12 Било који 6–7 Веома стабилан Преко{3}}спецификација није потребна
Инжењеринг без контроле концентрације

Квалитет титанијума утиче на стабилност пасивног филма под градијентима концентрације. Степен 7 (стабилизован паладијумом) ће одржати стабилан филм при површинским концентрацијама бората од чак 1,5% за већу сигурносну маргину. Средње побољшање – степен 12. Дебљина зида не утиче на пасивни филм. Битна је брзина загревања. Споро рампинг (1 степен/мин) даје мањи градијент концентрације од брзог рампинга (10 степени/мин). Мешање раствора (мешалица или рециркулацијска пумпа) смањује дебљину граничног слоја и минимизира градијент концентрације.

Поуздана спецификација

For a titanium sheath heater in 8 % sodium borate at 95 °C with cyclic heating, the bulk borate concentration should be 8–10 % to have a surface concentration >4 % током вожње бициклом. Ако је фреквенција циклуса већа од 6 циклуса на сат, повећајте концентрацију на 10%. За постојеће грејаче са пасивном нестабилношћу филма (нпр. неправилна потрошња енергије или питинг), повећајте садржај бората на 10% или смањите фреквенцију циклуса. Пратите пХ и додајте натријум хидроксид ако пХ падне испод 9 током рада. Инжењер може подесити градијент концентрације бората са довољном запреминском концентрацијом и смањити фреквенцију циклуса како би осигурао стабилан пасивни филм на титанијумским грејачима.

инфо-717-483