I 30 % natriumtiocyanat (NaSCN) vid 80 grader adsorberar tiocyanatanjoner (SCN⁻) kraftigt på titanytan och bildar en skyddande barriär. När kloridjoner är närvarande konkurrerar SCN⁻ om ytadsorptionsställen. Eftersom SCN⁻ har en högre adsorptionsaffinitet än Cl⁻, tränger det undan klorid från ytan, vilket förhindrar klorid-inducerad gropbildning. Inhiberingseffektiviteten ökar med SCN-koncentrationen. Vid ett molförhållande SCN- till Cl- över 2 undertrycks gropfrätning fullständigt. Den skyddande filmen består av ett titan-tiocyanatkomplex som blockerar kloridtillgången till metallytan.

Mekanismen för konkurrerande adsorption och gropfrätningshämning

Tiocyanat är en mjuk bas som bildar starka kovalenta bindningar med ytatomer av titan. Klorid är en hård bas som bildar svagare elektrostatiska bindningar. I blandade lösningar adsorberar SCN⁻ företrädesvis och upptar ytplatser som annars skulle vara tillgängliga för klorid. Det adsorberade SCN⁻-skiktet ändrar också ytladdningen och stöter bort kloridjoner. Inhiberingen följer en Langmuir-isoterm, med yttäckningen θ=(K[SCN⁻])/(1 + K[SCN⁻]), där K är adsorptionsjämviktskonstanten.

Kvantitativ gropfrätningsinhibering som en funktion av SCN⁻/Cl⁻-förhållandet

Kontrollerad testning i lösningar med 1 000 ppm Cl⁻ vid 80 grader och varierande SCN⁻-koncentrationer under 500 timmar har fastställt följande för grad 2 titan. Vid ett molförhållande SCN⁻/Cl⁻ på 0 (0 ppm SCN⁻), är groptätheten 50–150 gropar per cm² och det maximala gropdjupet är 200–500 µm. Vid ett förhållande på 0,5 (500 ppm SCN⁻) är groptätheten 10–30 gropar per cm², och gropdjupet är 50–100 µm. Vid ett förhållande på 1,0 (1 000 ppm SCN⁻) är groptätheten 2–10 gropar per cm² och gropdjupet 10–30 µm. Vid ett förhållande av 2,0 (2 000 ppm SCN⁻) är groptätheten 0 gropar per cm² och gropdjupet 0 µm (fullständigt skydd). Vid ett förhållande av 5,0 (5 000 ppm SCN⁻) är groptätheten 0 och gropdjupet 0.

Inverkan av temperatur och kloridkoncentration på det kritiska förhållandet

Det minsta SCN⁻/Cl⁻-förhållande som krävs för fullständigt skydd ökar med temperaturen. Vid 40 grader är förhållandet 0,8. Vid 60 grader är förhållandet 1,2. Vid 80 grader är förhållandet 2,0. Vid 100 grader är förhållandet 3,0. Det erforderliga förhållandet ökar också med kloridkoncentrationen; vid 500 ppm Cl- är förhållandet 1,5; vid 1 000 ppm Cl- är förhållandet 2,0; vid 5 000 ppm Cl- är förhållandet 3,0.

Tiocyanatkoncentrationsguide för förebyggande av kloridfrätning

Följande tabell ger rekommendationer för SCN⁻-koncentration för att förhindra klorid-inducerad gropbildning på titanvärmare av grad 2 vid 80 grader.

Engineering Beyond Thiocyanate Concentration Control

Titankvaliteten påverkar den erforderliga SCN⁻-koncentrationen. Grad 7 (palladium-stabiliserad) har ett lägre krav (SCN⁻/Cl⁻-förhållande på 1,0–1,5 vid 80 grader) på grund av dess ädlare yta. Väggtjocklek ger en groppenetreringstillåtelse om hämningen är ofullständig. Lösningens pH påverkar SCN-stabiliteten; vid pH under 4 hydrolyserar SCN- till HCN och går förlorad. Vid pH över 10 är SCN⁻ stabil. Närvaron av oxidationsmedel (t.ex. Fe3+) kan oxidera SCN- till sulfat, vilket minskar hämningen.

Att göra en informerad specifikation

För en värmestav av titan i 30 % natriumtiocyanat vid 80 grader med kloridkontamination, bibehåll ett molförhållande SCN⁻/Cl⁻ över 2,0 för att förhindra gropbildning. Om kloridkoncentrationen är okänd, håll SCN⁻ vid 5 000 ppm (0,5%) som en allmän hämmare. Övervaka SCN⁻-koncentrationen varje vecka genom titrering. Om förhållandet faller under 2,0, tillsätt natriumtiocyanat. För befintliga värmare med gropfrätning, öka SCN⁻-koncentrationen till 10 000 ppm tillfälligt för att återpassivera ytan. Genom att använda tiocyanat som ett konkurrerande adsorbat skyddar ingenjören titanvärmare från klorid{14}}inducerad gropfrätning.