För en värmestav av titan som används för att värma upp 90 % myrsyra vid 100 grader, hur ändrar vattenhalten (5 % vs. 10%) korrosionsmekanismen från enhetlig attack till gropfrätning?

100 grader 90 % Myrsyra (HCOOH) En passiverande reducerande miljö för titan, men endast i marginell grad. Korrosionsbeteendet påverkas starkt av syrans vattenkoncentration. Vid 5 % vatten (95 % myrsyra) är lösningen kraftigt reducerande och titan korroderar jämnt med en hastighet av 0,1–0,3 mm per år. Vid 10 % vatten (90 % myrsyra) ändrar det extra vattnet lösningens kemi, ökar koncentrationen av hydroniumjoner (H 3 O + ) och ändrar stabiliteten hos den passiva filmen. Pitting är den primära mekanismen med gropförökningshastigheter på 0,5 till 1,5 mm per år, 5 gånger snabbare än enhetlig attack. Förändringen är något abrupt och sker vid 7 och 9 % vattenhalt.

Vattenmekanismen-inducerade övergången från enhetlig till gropfrätning

Adsorptionen av formiatjoner (HCOO-) stabiliserar den passiva filmen på titan i myrsyra. Formiat konkurrerar med vatten om ytadsorptionsplatser. Vid 5 % vatten löses filmen jämnt och formiat är den dominerande adsorberade arten . 10 % vatten. När vattenadsorptionen ökar sker lokaliserad filmnedbrytning vid defekter som korngränser eller intermetalliska partiklar. När en grop väl har initierats, ackumuleras den höga aggressiviteten hos formiatjonerna, som liknar klorider i koncentrerad form, i gropen och påskyndar utbredningen. Omställningen sker när vattentäckningen av ytan når ett avgörande värde på cirka 30 %.

Kvantitativa korrosionshastigheter och mekanismer som en funktion av vatteninnehåll

Kontrollerad testning fastställde de olika korrosionsbeteendena hos titan av grad 2 i myrsyra/vattenlösningar vid 100 grader i 500 timmar. Med 2 % vatten (98 % myrsyra) är korrosionshastigheten homogen, 0,20–0,40 mm/år, utan gropbildning och med en jämnt repad yta. Den enhetliga hastigheten vid 5 % vatten (95 % myrsyra) sjunker till 0,10–0,25 mm per år och grunda gropar,<20 µm, form in the transition zone, but only sporadically. The rate is uniform 0.08-0.15 mm/yr at 8% water (92% formic acid), pitting occurs after 200-400 hr and pit depth reaches 0.1-0.3 mm after 500 hr. At 10% water (90% formic acid), the uniform corrosion rate is further reduced to 0.05–0.10 mm/year but rapid pitting begins in 50–150 hours, with pit depths of 0.3–0.8 mm after 500 hours, therefore pitting is the primary failure mechanism. The uniform corrosion rate at 15% water (85% formic acid) is 0.03–0.08 mm/year. However, substantial pitting is observed in 20–80 hours, with pit depths of 0.5–1.2 mm after 500 hours.

Effekter av temperatur och myrsyrakoncentration på övergångens vattenhalt

Vattenhaltens temperaturberoende vid övergången från jämn korrosion till gropfrätning bekräftas. Vid 80 grader är den dominerande typen av korrosion likformig korrosion (95 % myrsyra, 5 % vatten) med en hastighet på 0,05-0,10 mm/år. Den enhetliga korrosionshastigheten i 95 % myrsyra vid 100 grader fortsätter på 0,10–0,25 mm/år. Blandkorrosion observeras vid 100 grader med 92% myrsyra (8% vatten) med en hastighet av 0,15-0,30 mm per år som groptillväxt. Pitting, dominerande vid 0,20–0,50 mm/år, observeras vid 80 grader med 90 % myrsyra (10 % vatten). Vid 100 grader med 90% myrsyra accelereras gropfrätningen till 0,50-1,20 mm/år. Pitting vid 100 grader med 85 % myrsyra (15 % vatten) är 1,00 till 2,00 mm/år. Den nödvändiga vattenhalten för att passera till gropfrätning minskar med ökad temperatur.

Myrsyravärmare Guide för kontroll av vatteninnehåll

Följande tabell visar den högsta tillåtna vattenhalten i myrsyra för titanvärmare av grad 2 och grad 7 vid 100 grader för en specifik livslängd och acceptabel korrosionsmekanism.

Önskad livslängd (år) Driftstemperatur ( grad ) Maximalt tillåtet vatten (%) för Grad 2 Maximalt tillåtet vatten (%) för Grad 7 Dominant Mechanism5 80<8 <12 Uniform >3 100 <6 <10 Uniform 2-3 100 6-7 10-12 Mixed (acceptable) 1-2 100 7-8 12-14 Pitting (marginal for Grade 7)
<1 100 >8 >14 Svår gropfrätning
Beyond the Control Engineering av vatteninnehåll

Titankvaliteten har stor inverkan på övergångsvattenhalten. Grad 7 (palladium-stabiliserat) pressar den enhetliga-till-gropövergången till 10-12 % vatten, vilket möjliggör säker drift vid 90 % myrsyra (10 % vatten). Mellanförbättring av grad 12. Väggtjockleken förhindrar inte gropfrätning, men ger ett korrosionstillägg. Till exempel, en väggtjocklek på 2,0 mm med gropbildning på 0,5 mm / år varar 4 år. Myrsyrans renhet är viktig. Föroreningar, såsom klorider < 10 ppm eller sulfater < 50 ppm, minskar övergångsvattenhalten med 2-3%. Luftning (löst syre) inducerar homogen korrosion snarare än gropbildning och avluftning minskar vattenhalten vid vilken omställningen sker.

Skriva en väl{0}}informerad specifikation 2.

För titanvärmestav i 90 % myrsyra (10 % vatten) vid 100 grader, arbeta i enhetlig eller blandad regim med grad 7 titan. Grad 2: Avlägsna vatten till mindre än 7 % genom destillation eller med vattenfri myrsyra. För befintliga värmare av klass 2 i 90 % myrsyra, tillsätt 1 till 2 % myrsyraanhydrid eller ättiksyraanhydrid för att kemiskt binda vatten och reducera fritt vatten till mindre än 6 %. Under drift övervakas vattenhalten veckovis med Karl Fischer-titrering och ett torkmedel tillsätts eller den vattenfria syran späds ut om vattenhalten når 7% (Grad 2) eller 10% (Grad 7). Genom att hålla vattenhalten under den avgörande övergångsnivån ändrar ingenjören korrosionsmekanismen från snabb gropbildning till enhetlig attack och förlänger på så sätt värmarens livslängd vid varmmyrsyradrift.