Hvordan ændrer niveauet for opløst ilt (0,5 ppm vs. 5 ppm) stabiliteten af titanatpassiveringslaget for en titanvarmestang, der fungerer i en 50 % kaliumcarbonatopløsning ved 110 grader?
Læg en besked
Et beskyttende kaliumtitanat (K2TiO3) lag er dannet på titaniumoverfladen i 50% kaliumcarbonat (K2CO3) ved 110 grader. Titanatdannelse er kritisk afhængig af opløst oxygen (DO). Ved lav DO (0,5 ppm) er titanatlaget tyndt (0,1-0,5 µm) og porøst og giver dårlig beskyttelse. Ved høj DO (5 ppm) er belægningen tyk (1-3 pm) og tæt, hvilket reducerer korrosionshastigheden 5-10 gange. Titanatlaget dannes ved reaktionen TiO 2 + K 2 O → K 2 TiO 3, hvor K 2 O dannes ved nedbrydning af K 2 CO 3 .
Mekanismen for virkningen af opløst ilt på dannelsen af titanatlag
Ilt er afgørende for at holde titaniumoverfladen i den passive tilstand, hvori TiO_2 kan vokse. TiO2 reagerer i nærvær af K2CO3 og danner K2TiO3. Ved mangel på ilt er TiO2-laget tyndt og defekt, og det dannede K2TiO3-lag er tilsvarende defekt. Ved lav DO indeholder laget revner og porer, der tillader fortsat korrosion. Ved høj DO øges laget ensartet og bliver beskyttende. I steady state bestemmes korrosionshastigheden af iltens passage gennem titanatlaget.
Kvantitative titanatlagsegenskaber som en funktion af opløst ilt
110 grader i 50 % K 2 CO 3 i 1.000 timer har bevist følgende i kontrolleret test for grad 2 titanium. Ved 0 ppm DO (afluftet) er titanatlagets tykkelse 0,05-0,1 µm, korrosionshastigheden 0,15-0,30 mm/år og mørk porøs overflade. Ved 0,5 ppm DO er tykkelsen 0,1-0,3 µm, korrosionshastigheden er 0,08-0,15 mm/år, og overfladen er grå med moderat porøsitet. Tykkelsen er 0,5-1,0 µm. Korrosionshastigheden er 0,03-0,08 mm pr. år. Overfladen er lysegrå med 2 ppm DO. Ved 5 ppm DO er tykkelsen 1,0-2,0 µm, korrosionshastigheden er 0,01-0,03 mm/år, og overfladen er lys og beskyttet. Ved 10 ppm DO er tykkelsen 2,0–3,0 µm, korrosionshastigheden er 0,005–0,015 mm om året, og overfladen er lys og stabil.
Temperaturens indflydelse på opløst iltbehov
Med stigende temperatur øges den minimale DO, der kræves for stabil passivering. Minimum DO ved 80 grader for stabilt passiveringslag (korrosionshastighed<0.02 mm per year) is 1 ppm. The minimum is 2ppm at 100°C. At 110°C the minimum is 3ppm. The minimum is at 120 °C (4 ppm). 5 ppm, 130°C. The DO for a safety margin should be 2–3 times the minimum.
Guide til håndtering af opløste iltniveauer i kaliumkarbonatvarmere
Anbefalinger for niveauer af opløst ilt i 50 % K2CO3 ved 110 grader for Grade 2 og Grade 7 titanium varmeapparater er angivet i tabellen nedenfor.
Målt DO (ppm) Stabilitet af Titanatlag Forventet korrosionshastighed (mm pr. år) Anbefalet handling:5 Fremragende 0,005 til 0,015Ingen 3-5God 0,01–0,03 Monitor ugentlig 2-3 Marginal 0,03-0,08 Spargeluft 1,08 Poorase 0,5-0
0.5 - 1 Ustabilt 0.15 - 0.30 Redesign; tilsæt oxidationsmiddel<0.5 Very unstable >0,30 Ikke acceptabelt
Engineering Beyond DO
Titanium kvalitet påvirker den nødvendige DO. Grad 7 (palladiumstabiliseret) skaber et stabilt titanatlag ved lavere DO-niveauer (1-2 ppm ved 110C) på grund af palladiumkatalyseret oxygenreduktion. Grade 12-niveauet er til mellemliggende forbedring. Vægtykkelse giver korrosionsgodtgørelse; 0,03 mm/år korrosion på en 2,0 mm væg holder i 60 år. K2CO3-koncentrationen påvirker passiveringen, og lavere nødvendig DO observeres ved 40 % K2CO3. DO-behovet stiger med 1-2 ppm på grund af tilstedeværelsen af chlorider i K 2 CO 3 opløsning (fra urenheder).
At lave en informeret spekulation
For titanium heat rod in 50% K₂CO₃ at 110°C, ensure dissolved oxygen >5 ppm ved luftsprøjtning eller iltindsprøjtning. Tilføj DO-sonde med alarm indstillet til 4 ppm og interlock ved 3 ppm. For eksisterende systemer med DO < 3 ppm skal du installere en spreder eller øge beluftningshastigheden. Hvis beluftning ikke er mulig, fortynd K2CO3 til 40% eller sænk temperaturen til 100 grader. Ingeniøren kontrollerer opløst oxygen over 5 ppm for at fremme et stabilt, beskyttende kaliumtitanatlag og minimere korrosion.
