Како се мења густина галванске струје између грејача од титанијума и зида резервоара од угљеничног челика када је оштећен оксидни слој грејача?

За процесног инжењера који мора да угради грејач за урањање титанијума у ​​резервоар од угљеничног челика, густина галванске струје између два метала ће витално зависити од интегритета слоја пасивног оксида на титанијуму. Када је оксидни слој нетакнут, титанијум има племенити потенцијал (око +0.1 до +0.3 В у односу на СЦЕ) у већини газираних електролита, док угљенични челик има активнији потенцијал (око -0,5 до -0,7 В у односу на СЦЕ). Галванска струја прелази од угљеничног челика (анода, корозија) до титанијума (катода, заштићено). Густина струје је типично 0,1-1,0 µА/цм 2 површине титанијума. Када је оксидни филм уништен (гребањем, абразијом или локализованим хемијским нападом), голи титанијум који је изложен има активни потенцијал једнак или негативнији од угљеничног челика (око -0,6 до -0,8 В у односу на СЦЕ). Галванска струја је обрнута: титанијум постаје анода и брзо кородира са густином струје која достиже 100–1.000 µА/цм² – повећање од 100 до 1.000 пута. Ова обрнута галванска спојница може да прожваће титанијумски грејач за неколико недеља.

Галвански преокрет и механизам оштећења оксидног слоја
Пасивни премаз ТиО₂ на титанијуму је полупроводник типа н- и одржава високу катодну густину струје за редукцију кисеоника, али блокира анодну струју из титанијумске подлоге. Титанијум, када је филм нетакнут, је ефикасна катода која покреће корозију повезаног угљеничног челика. Када се филм уништи, изложена гола површина титанијума (обично < 1% укупне површине) постаје мешовита потенцијална површина. Велика околна пасивна област још увек функционише као катода, али сада мали део голог титанијума функционише као анода. Произведена галванска струја је ограничена на дефект и производи густину анодне струје од 100–1.000 µА/цм2, која је довољна да одржи активно растварање и спречи репасивацију.

Однос оштећене површине (А_дамагед / А_пассиве) је кључни параметар. За пример огреботине од 1 цм2 на грејачу од 1000 цм2 (оштећено је 0,1% површине), густина галванске струје на огреботини је (и_галваниц * А_пассиве) / А_дамагед. Ако је густина галванске струје између пасивног титанијума и угљеничног челика 0,5 µА/цм², онда је густина струје на огреботини (0,5 × 1000) / 1=500 µА/цм²- довољна да раствори титан на око 0,5 мм месечно.

Мерење густине галванске струје на неоштећеном у односу на оштећени оксид
Стање Стање слоја оксида Потенцијал титанијума (В у односу на СЦЕ) Густина галванске струје (µА/цм2 Ти) Смер Брзина корозије титанијума (мм/год.)
Убризгавање воденог ваздуха, причвршћено за угљенични челик Нетакнут 0.2 0.3 Челик > Ти (корозија) < 0,01 (заштићен Ти)
Газирана морска вода, 1 % површине огреботине Оштећено (1 % површине) -0,4 (мешовито) 5 (укупно) Ти (огреботина) → Челик (локално) 0,5 (на огреботину)
Газирана морска вода 5% површина огреботина Оштећена (5% површине) -0,5 (мешано) 10 (укупно) Ти (огреботине) → Челик 1,0 (на огреботинама)
Деаерисана морска вода, било које површинско стање Пасивни филм нестабилан -0,6 до -0.8 50–200 Ти → Челик (Ти кородира) 2–10 (уједначено)
Intact film, acid chloride (pH 3)Intact, but less stable 0.0 to +0.1 1-5 Steel ->Ти (корозија челика) < 0,05
Acid chloride (pH 3), scratched Damaged -0.4 to -0.6 50-500 Ti (scratch) ->Челик 2-20 (локализовано)
Приступ заснован на{0}}ем сценарију за контролу галванске спреге са угљеничним челиком
Препоручени електролит оксидног стања грејача материјала резервоара: галванско ублажавање ризика
Угљенични челик без премаза Газирана морска вода Ниска (челик рђа, заштићен од Ти) Прихватљиво. Потребна заштита од корозије за челични резервоар.
Угљенични челик Изгребан (механичка оштећења) Газирана морска вода Висока (Ти кородира на огреботинама) Електрична изолација Ти од челика. Користите гумене или најлонске подлошке.
Угљенични челик Било који де-аерисан (без кисеоника) Веома висок (Ти активна електрична изолација. О2 није неопходан да би Ти равномерно кородирао.
Нетакнут угљенични челик Разређена киселина (пХ 4-6) Умерена (челик ће брзо рђати) Електрична изолација. Челик ће се брзо сломити. Користите пластични контејнер.
Угљенични челик Оштећен (хемијски напад) Разређена киселина Веома висока (Ти је склон корозији на местима квара) Изолација је потребна одмах. замените грејач оштећен
Нерђајући челик (катодно према Ти у пасивном стању) Било Било Било Ниско до умерено (Ти донекле анодно) Генерално ОК. Мање озбиљно реверзно спајање.
Инжењерска ублажавања галванског преокрета
Ако титанијумски грејач има површинско оштећење и треба да се користи у резервоару од угљеничног челика, мора бити електрично изолован. На монтажним прирубницама галвански круг је прекинут најлонским или ПТФЕ чаурама, гуменим заптивкама и не-непроводљивим цевним спојевима. Галванска струја мора бити мања од 1 µА, што значи да отпор изолације мора бити већи од 1 МΩ. Друго ублажавање је да се на титанијумски грејач причврсти жртвована анода (цинк или алуминијум), која задржава титанијум на катодном потенцијалу чак и ако је оксид оштећен. Титанијум се не раствара. Жртвена анода се раствара. Треће ублажавање је периодична анодна пасивизација. Применом кратког анодног потенцијала (+0.5 В у односу на СЦЕ у трајању од 10 минута једном недељно) оштећени оксидни слој се поправља растом новог ТиО₂ на изгребаним местима, враћањем племенитог потенцијала и враћањем галванског пара назад у челични-анодни режим.

Закључак: Оштећење оксидом преокреће галванску струју и повећава корозију Ти 100-1000 пута.
Галванска веза титанијумског грејача са угљеничним челиком, док је оксидни филм нетакнут, доводи до густине струје од 0,1 до 1,0 µА/цм², при чему челик кородира као анода. Ако је оксид оштећен гребањем, абразијом или хемијским нападом, галванска струја се обрће и концентрише на оштећено подручје са густином струје од 100 до 1000 µА/цм². Обрнути галвански пар локално кородира титанијум брзином од 0,5-2 мм/год на месту оштећења изазивајући перфорацију зидног грејача од 1,5 мм у року од неколико недеља до месеци. У свакој примени где је вероватно оштећење површине грејача, електрично одвајање титанијума и угљеничног челика је обавезно. Приликом уградње титанијумског грејача у резервоар од угљеничног челика, потребни су непроводни монтажни хардвер и периодичне провере отпора изолације да би се спречио превремени квар грејача услед галванског преокрета.