In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11, danner silikatet en kontinuerlig, ikke-porøs, beskyttende film med en tykkelse på 0,5-2 µm. Ved pH 9 er filmen porøs, revnet og ikke-beskyttende, hvilket tillader chlorid eller andre aggressive arter at trænge ind og forårsage gruber. Forskellen skyldes silikationers polymerisationstilstand. Ved høj pH eksisterer silikat som monomere SiO44-ioner, der danner en tæt, glasagtig film. Ved lavere pH polymeriserer silikat til kolloide kæder, der producerer en porøs, revnet struktur.

Mekanismen for pH-afhængig silikatfilmdannelse

The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), favoriserer ligevægten monomere ioner, som aflejres som en tæt amorf silicafilm. Ved pH 9-10 polymeriserer ionerne til kæde--lignende strukturer, der skaber et porøst netværk. Filmen indeholder også natriumioner, der danner et natriumsilikatglas. Den beskyttende kvalitet bestemmes af filmens tæthed og fraværet af mikrorevner.-

Kvantitativ filmkvalitet som en funktion af pH

Kontrolleret testning i 10 % Na₂SiO₃ ved 80 grader over 500 timer har fastslået følgende for Grad 2 titanium. Ved pH 8 er filmtykkelsen 0,1–0,3 µm, filmporøsiteten er høj, korrosionshastigheden er 0,15–0,30 mm om året, og der er grubetæring. Ved pH 9 er tykkelsen 0,2-0,5 µm, porøsiteten er høj, korrosionshastigheden er 0,08-0,20 mm om året, og grubetæring er lejlighedsvis. Ved pH 10 er tykkelsen 0,5-1,0 µm, porøsiteten er moderat, korrosionshastigheden er 0,04-0,10 mm om året, og grubetæring er sjælden. Ved pH 11 er tykkelsen 1,0-1,5 µm, porøsiteten er lav, korrosionshastigheden er 0,02-0,05 mm om året, og der forekommer ingen grubetæring. Ved pH 12 er tykkelsen 1,5-2,5 µm, porøsiteten er meget lav, korrosionshastigheden er 0,01-0,03 mm om året, og der forekommer ingen grubetæring. Ved pH 13 er tykkelsen 2,0-3,0 µm, porøsiteten er meget lav, korrosionshastigheden er 0,005-0,015 mm om året, og der forekommer ingen grubetæring.

Temperaturens indflydelse på pH-kravet

Den minimale pH, der kræves for en beskyttende film, stiger med temperaturen. Ved 60 grader er minimum pH 10,5, og den anbefalede pH er 11,0. Ved 80 grader er minimum 11,0, og det anbefalede er 11,5. Ved 100 grader er minimum 11,5, og det anbefalede er 12,0. Ved 120 grader er minimum 12,0, og det anbefalede er 12,5. Højere temperaturer fremmer silikatpolymerisation, hvilket kræver en højere pH for at opretholde den monomere tilstand.

pH-kontrolvejledning for natriummetasilikatservice

Følgende tabel giver anbefalinger til pH-kontrol for at opretholde en beskyttende silikatfilm på grad 2 titaniumvarmere i 10 % natriummetasilikat ved 80 grader.

Engineering Beyond pH Control

Titaniumkvaliteten påvirker den nødvendige pH. Grade 7 (palladium-stabiliseret) danner en beskyttende silikatfilm ved pH 10,5-11,0, lidt lavere end Grade 2. Grade 12 tilbyder lignende adfærd som Grade 2. Vægtykkelse giver et korrosionstilskud, hvis filmen ikke er fuldt beskyttende. Silikatkoncentrationen påvirker filmdannelsen; ved 5% Na2SiO3 er den nødvendige pH 11,5. Ved 15% Na2SiO3 er den nødvendige pH 10,5. Tilstedeværelsen af ​​chlorider (fra urenheder) øger den nødvendige pH med 0,5-1,0 enheder. Opløsningen skal overvåges med et pH-meter, der er kalibreret til opløsninger med høj-pH.

Udarbejdelse af en informeret specifikation

For en dykvarmer af titanium i 10 % natriummetasilikat ved 80 grader skal pH holdes over 11,0 ved at tilsætte natriumhydroxid. Installer en pH-regulator med en alarm indstillet til 10,8 og en interlock på 10,5. For eksisterende systemer med pH under 11 tilsættes NaOH for at hæve pH til 11,5. Hvis pH-værdien ikke kan hæves, skal du bruge Grade 7 titanium eller reducere temperaturen til 60 grader. Under drift skal du inspicere varmelegemets overflade for gruber; hvis der observeres pitting, skal pH-værdien øges med det samme. Ved at kontrollere pH over 11 sikrer ingeniøren dannelsen af ​​en beskyttende, ikke-porøs silikatfilm på titanium.