У титанијумском електричном имерзионом грејачу за 10% раствор натријум дихромата на 70 степени, зашто хексавалентни јон хрома не пасивира површину титанијума упркос томе што је јак оксидант?

Натријум дихромат (На2Цр2О7) је снажно оксидирајући раствор, 10% на 70 степени. Хексавалентни хром (Цр⁶⁺) је јак оксидант, који има стандардни редукциони потенцијал од +1.33 В за Цр2О₇²⁻/Цр³⁺. Хроматни јони се користе за пасивизацију неколико метала, нпр. нерђајућег челика. Међутим, хексавалентни хром на титанијуму не формира стабилан пасивни филм. Јони хрома нису уграђени у решетку титан диоксида. Висок оксидациони потенцијал заправо покреће титанијум у транспасивни регион, што доводи до континуираног растварања пасивног филма. Стопа корозије титанијума у ​​10% натријум дихромата на 70 степени је 0,05-0,15 мм годишње, што је више него у многим растворима неутралног хлорида. Механизам понашања титанијума у ​​растворима хексавалентног хрома Стабилан филм ТиО2 пасивира титанијум. У растворима дихромата, процес редукције Цр₂О₇²⁻ + 14Х⁺ + 6е⁻ → 2Цр³⁺ + 7Х₂О се дешава на површини титанијума. Због велике густине струје размене ове реакције, мешани потенцијал титанијума се помера на вредности веће од +1.0 В у односу на конвенционалну водоничну електроду. Са таквим племенитим потенцијалима титанијум достиже транспасивну област у којој слој ТиО 2 даље оксидира до растворљивих Ти 4+ врста. Пасивни филм није стабилан и непрекидно се раствара. Хроматни јони не формирају нерастворљива једињења са титанијумом, која могу да служе као слој баријере, као што то чине на гвожђу и хрому, где хромат производи заштитне спинел оксиде. Квантитативне стопе корозије и површинске карактеристике Корозивно понашање титанијума 2. степена је верификовано контролисаним тестирањем током 1.000 сати на 70 степени у 10% На₂Цр₂О₇ као: Стопа корозије је 0,05–0,15 мм/годишње}, тј.}–{15 пута већа за свежу воду. Површина је жуто-браон боје услед депонованог хром-оксида или хидроксида. Истраживање фотоелектронске спектроскопије Кс- показује да је површински премаз порозна, не{48}}заштитна комбинација ТиО₂ и Цр(ОХ)₃. Потенцијал отвореног{100}}кола се стабилизује у транспасивном региону на +0.6 до +0.9 В у односу на Аг/АгЦл. Није видљива рупица, али се примећује једнолично стањивање. Насупрот томе, стопа корозије титанијума степена 2 у 3% НаЦл на 70 степени је 0,01–0,03 мм/год са пасивним потенцијалом од +0.1 до +0.3 В. Утицај концентрације и температуре на озбиљност корозије Брзина корозије се повећава са повећањем концентрације и температуре дихромата. Стопе корозије на 5% На2Цр2О7 и 70 степени су 0,03-0,08 мм годишње. При 10% и 70 степени стопа је 0,05-0,15 мм/год. На 15% и 70 степени стопа се повећава на 0,08-0,20 мм/годишње. На 10% и 50 степени стопа се смањује на 0,02–0,05 мм/годишње. На 10% и 90 степени стопа се повећава на 0,10-0,25 мм/годишње. Стопа је 0,15–0,35 мм годишње на 20% и 90 степени. Корозија је хомогена без рупица, пошто је транспасивно растварање равномерно по површини. Енергија активације процеса је око 40 кЈ/мол што указује на мешовиту кинетичку и дифузиону контролу. Корозионо понашање титанијума различитих степена у растворима дихромата Доња табела приказује стопе корозије неколико врста титанијума у ​​10% натријум дихромату на 70 степени током 1.000 сати и карактеристике њихових пасивних филмова. Степен корозије титанијума (мм/годишње) Састав површинског филма Потенцијал отвореног круга (В наспрам Аг/АгЦл) Уочени питтинг степен 2 (комерцијално чист) 0,05-0,15 ТиО2 + Цр(ОХ)3 (порозан){106}7} до {106} бр. (Ти-0,15Пд) 0,04–0,12 ТиО2 + Цр(ОХ)3 + Пд +0.7 до +1.0 Нема степена 12 (Ти-0,3Мо-0,8Ни) 0,06–0,18 ТиО{{2} до {{121}1} Мо +0.8 Без степена 5 (Ти-6Ал-4В) 0,08–0,22 Мешани оксиди +0.5 до +0.8 Без ублажавања утицаја и водич за избор материјала за дихроматну услугу Следећа табела се препоручује за избор грејача од титанијума и ограничења рада за апликације које захтевају загревање раствора содијум-хромата. Концентрација дихромата (%) Температура (степен) Препоручени степен титанијума Очекивана стопа корозије (мм/годишње) Очекивани животни век (1,5 мм зид)<5 <50 Grade 2 <0.03 >10 years 50–70 5–10 0.05–0.12 3–5 years Grade 7 10–15 70 Grade 7 0.08–0.20 2–3 years >15 >70 Not recommended >0.20 <2 years Engineering Grade Selection Beyond Wall thickness provides a corrosion allowance . A 2.0 mm wall corrodes at a rate of 0.10 mm per year for 20 years . The tube surface finish has little effect on transpassive dissolution. The inclusion of chlorides in the dichromate solution, which may be due to the presence of dirty water, raises the corrosion rate by 2-3 times. The addition of sulphate ions has a small inhibitory effect. Deaeration of the solution for oxygen removal slows the cathodic process and reduces the corrosion rate by 30-50%. Choosing Wisely. For a titanium electric immersion heater in 10 % sodium dichromate at 70 °C, expect a corrosion rate of 0.05 to 0.15 mm per year for Grade 2 or 0.04 to 0.12 mm per year for Grade 7. Use a minimum wall thickness of 2.0 mm for a service life of 10 to 20 years. Dichromate solution can be diluted, or the working temperature lowered for higher concentrations or temperatures. During operation, check the heater for variations in electrical resistance that may indicate thinning. If the solution is polluted with chlorides, lower the temperature to 50 °C. The engineer, knowing that hexavalent chromium does not passivate titanium but transpassively dissolves it, chooses the proper wall thickness and grade for predictable service life in sodium dichromate solutions.