Натријум борат (На₂Б₄О₇) у концентрацији од 8% и 95 степени се користи као пуферско средство и инхибитор корозије. Боратни јони (Б₄О₇²⁻) могу да формирају заштитни филм на титанијуму, али стабилност овог филма зависи од концентрације бората на површини метала. При цикличном загревању, температурни градијент преко граничног слоја узрокује мигрирање или таложење боратних јона. Развија се концентрацијски градијент, са вишом концентрацијом бората на хладнијем раствору и нижом концентрацијом на површини вруће цеви. Овај градијент дестабилизује пасивни филм, што доводи до локализованог стањивања. Пасивни филм остаје стабилан када концентрација бората на површини прелази 2%.

Механизам формирања градијента концентрације концентрације бората

У стационарном{0}}загревању, боратни јони дифундују ка врућој површини титанијума, али их термичка дифузија (Сореов ефекат) удаљава од вруће површине. Нето ефекат је осиромашени гранични слој, са концентрацијом бората на површини цеви за 10–30% нижом него у расутом раствору. Током цикличног загревања (циклуси укључивања-искључења), градијент концентрације осцилује. Када се грејач искључи, површина се хлади, а боратни јони дифундују назад ка површини, узрокујући привремену пасивизацију. Када се грејач поново укључи, градијент се поново-успоставља, а површина се исцрпљује. Ово циклично исцрпљивање и опоравак напреже пасивни филм, што доводи до пуцања и ломљења.

Квантитативна стабилност пасивног филма као функција површинске концентрације бората

Контролисано тестирање у 8% натријум борату (концентрација у маси) на 95 степени под цикличним загревањем (1 сат укључено, 1 сат искључено) утврдило је пасивну стабилност филма за титанијум степена 2 при различитим површинским концентрацијама бората. При површинској концентрацији од 4–5% (обогаћен), дебљина пасивног филма је 5–8 нм, филм је стабилан и пријањајући, а након 1.000 циклуса не долази до питтинга. При 3–4% (близу запремине), дебљина је 3–5 нм, филм је умерено стабилан, а повремено се јавља удубљење након 500 циклуса. При 2–3% (умерено осиромашење), дебљина је 2–4 нм, филм показује пуцање, а рупичење почиње након 200–400 циклуса. На 1–2% (осиромашена), дебљина је 1–3 нм, филм је нестабилан, а питтинг се јавља унутар 50–200 циклуса. Испод 1%, пасивни филм потпуно пропада, а равномерна корозија се јавља на 0,1–0,3 мм годишње.

Утицај концентрације бората и фреквенције циклуса на исцрпљивање површине

Озбиљност површинског исцрпљивања зависи од концентрације бората и учесталости циклуса. Код 4% бората у расутом стању, површинска концентрација при цикличном загревању је 2–3%, што је маргинално. При 6% запремине, површинска концентрација је 3–4%, што је умерено стабилно. При 8% запремине (номинално), површинска концентрација је 4–5%, што је стабилно. При 10% запремине, површинска концентрација је 5–6%, што је веома стабилно. При учесталости циклуса од 6 циклуса на сат (10 минута укључено, 10 минута искључено), површинска концентрација је 10–20% нижа него при 2 циклуса дневно јер гранични слој нема времена да се опорави.

Водич за концентрацију бората и управљање циклусом за грејаче од титанијума

Следећа табела даје препоруке за концентрацију бората и параметре циклуса за одржавање стабилности пасивног филма на титанијуму степена 2 на 95 степени.

Инжењеринг изван контроле концентрације

Квалитет титанијума утиче на стабилност пасивног филма под градијентима концентрације. Степен 7 (стабилизован са паладијумом-) одржава стабилан филм при површинским концентрацијама бората до 1,5%, пружајући већу сигурносну маргину. Оцена 12 нуди средње побољшање. Дебљина зида не утиче 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) минимизира градијент концентрације смањењем дебљине граничног слоја.

Израда информативне спецификације

За грејач титанијумског омотача у 8% натријум борату на 95 степени са цикличним загревањем, одржавајте концентрацију бората на 8–10% да бисте обезбедили површинску концентрацију изнад 4% током циклуса. Ако фреквенција циклуса прелази 6 циклуса на сат, повећајте концентрацију на 10%. За постојеће грејаче са пасивном нестабилношћу филма (што указује на несталну потрошњу енергије или питтинг), додајте борат да бисте подигли концентрацију на 10% или смањили фреквенцију циклуса. Током рада, пратите пХ; ако пХ падне испод 9, додајте натријум хидроксид. Контролисањем градијента концентрације бората кроз адекватну концентрацију и смањену фреквенцију циклуса, инжењер одржава стабилан пасивни филм на титанијумским грејачима.