Hoe verandert de pre-blootstellingstijd aan de lucht (1 uur vs.. 24 uur) voor een titanium verwarmingsspiraal van klasse 12 in een oplossing van 20% ammoniumbisulfaat bij 110 graden de repassiveringssnelheid na een zuurstoornis?

Ammoniumbisulfaatoplossingen (NH 4 HSO 4 ) met een concentratie van 20% en 110 graden worden gebruikt in sommige chemische processen en bij de ontzwaveling van rookgassen. Titanium van klasse 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) heeft een betere corrosieweerstand bij het reduceren van zuren dankzij de toevoeging van molybdeen en nikkel, waardoor de stabiliteit van de passieve film toeneemt. De passieve film op klasse 12 is stabiel onder normale omstandigheden, maar tijdens een zuurstoornis waarbij de plaatselijke pH daalt van 4 naar 1,5, kan de film tijdelijk kapot gaan. De snelheid van repassivering, dat wil zeggen de snelheid van de reconstructie van de passieve film na de verstoring, hangt af van de tijd van pre-blootstelling aan lucht vóór de verstoring. De verlengde voorbelichtingstijd van 24 uur vormt een dikker en stabieler luchtgevormd oxide (3-5 nm) vergeleken met een korte voorbelichting van 1 uur (1-2 nm). Het dikkere oxide maakt een snellere repassivering mogelijk en vermindert de geïntegreerde corrosielading tijdens het verstoren met een factor drie.

Het mechanisme van de verdikking van titanium van klasse 12 vormde lucht-oxide

Het natieve oxide op titanium van klasse 12 groeit bij omgevingstemperatuur logaritmisch met de tijd in de lucht. De oxidedikte na 1 uur blootstelling aan lucht bedraagt ​​ongeveer 1,5-2,0 nm en bestaat uit molybdeen- en nikkeloxiden (MoO₃, NiO) die de stabiliteit bevorderen. De dikte bereikt na 24 uur 3,0–4,0 nm. Na 7 dagen nadert de dikte 5–6 nm. Het dunnere oxide dat wordt gevormd na 1 uur voorafgaande blootstelling, lost gemakkelijk op tijdens een zuurstoot, waardoor het basismetaal gedurende langere tijd wordt blootgesteld aan actieve corrosie. Het robuustere 24 uur vóór blootstelling oxide lost slechts gedeeltelijk op, maar geeft een sjabloonoppervlak met verrijkte legeringselementen om snelle hervorming mogelijk te maken. De repassiveringstijd is de tijd die nodig is voordat de corrosiestroomdichtheid onder de 10 µA/cm2 daalt wanneer de verstoorde toestand is opgeheven.

Kwantitatieve repassiveringspercentages na een zuurstoornis

Gecontroleerde tests werden uitgevoerd in 20% NH4HS04 bij 110 graden (normale pH 4,0) met een zuur dat door toevoeging van zwavelzuur gedurende 1 uur tot pH 1,5 werd verstoord, gevolgd door terugkeer naar pH 4,0. Er werd aangetoond dat het repassiveringsgedrag verschillend was voor verschillende pre-blootstellingstijden. De oxidedikte is 1,5-2,0 nm bij voor-blootstelling aan de lucht gedurende 1 uur. De corrosielading tijdens het stuiken bedraagt ​​15–25 mC/cm². De herpassiveringsperiode bedraagt ​​5-12 minuten wanneer de pH wordt teruggebracht naar 4,0, en het totale metaalverlies per verstoring bedraagt ​​0,5-0,8 µm. Na 6 uur voorbelichting bedraagt ​​de oxidedikte 2,5–3,0 nm, de corrosielading 10–15 mC/cm2, de repassiveringstijd 3–6 minuten en het metaalverlies 0,3–0,5 µm per verstoring. Bij een voorbelichting van 24 uur bedraagt ​​de oxidedikte 3,0-4,0 nm, de corrosielading 5-10 mC/cm^2, de repassiveringstijd wordt teruggebracht tot 2-4 minuten en het metaalverlies wordt teruggebracht tot 0,15-0,30 µm per verstoring. Voorbelichting van 7 dagen resulteert in een oxidedikte van 5-6 nm, een afname van de corrosielading tot 3-6 mC/cm2, een repassiveringstijd van 1-2 minuten en een metaalverlies van slechts 0,10-0,20 µm per verstoring. Een vers gebeitst oppervlak, met weinig of geen blootstelling aan lucht en een oxidefilmdikte van minder dan 0,5 nm, heeft daarentegen een corrosielading van 30-50 mC/cm2, een repassiveringsperiode van 15-30 minuten en een metaalverlies van 1,0-1,5 µm per stuip.

Effect van de ernst van de verstoring en het aantal cycli op de cumulatieve schade

Hoe langer de blootstelling vooraf-, hoe groter het voordeel bij ernstigere of langdurige klachten. Een pH-verstoring van 1,5 gedurende 0,5 uur zorgt er bijvoorbeeld voor dat een buis met 1 uur voor-blootstelling 0,4–0,6 µm metaal verliest, terwijl een buis met 24 uur voor-blootstelling slechts 0,12–0,25 µm verliest. Bij een verstoring van 2,0-uur bij pH 1,5 verliest het 1-uur voor-blootgestelde monster 0,8-1,2 µm, terwijl het monster van 24-uur 0,20-0,35 µm verliest. Bij een ernstigere stijging naar pH 1,2 gedurende 1,0 uur verliest het monster dat gedurende 24 uur vóór de blootstelling is blootgesteld 0,30-0,50 µm, nog steeds veel minder dan het monster dat na 1 uur zou verliezen onder mildere omstandigheden. Bij veel opeenvolgende ongevallen is het totale verlies aan metaal vrijwel de som van de verliezen. Een verwarming met 50 verstoringen per jaar van 1 uur bij pH 1,5 zou bijvoorbeeld 25-40 µm per jaar verliezen bij 1 uur voorafgaande blootstelling, maar 7,5-15 µm per jaar bij 24 uur voorafgaande blootstelling.

Beheer van tolerantie vóór -blootstelling aan zuurschok voor verwarmingstoestellen van klasse 12

De bijgevoegde tabel geeft aanbevelingen over de minimale blootstellingstijd vóór-voor aanvang van het gebruik, als functie van de verwachte verstoringsfrequentie en de beoogde levensduur van het verwarmingselement in 20% NH4HSO4 bij 110 graden.

Verwachte verstoringen per jaar Aanbevolen minimum vóór gebruik- Blootstellingstijd vóór gebruik (uren) 24 Gewenste levensduur (jaren) 1-5 10 Verwacht metaalverlies per verstoring (mm) 0,15-0,30 Totaal metaalverlies gedurende de levensduur (mm) 0,015-0,030
5–20 5 48 uur 0,12–0.25 0.012–0,025
20-50 3 7 days 0.10-0.20 0.015-0.030 50-100 2 7 days plus controlled start-up 0.10-0.20 0.020-0.040 >100 1 Niet aanbevolen-herontwerpproces N/AN/A
Techniek die verder gaat dan controle vóór-blootstelling

De repassivering is sterk afhankelijk van de titaniumsoort zelf. Graad 12 is bedoeld voor de reductie van zuur. Graad 2 zou 5-10 keer meer metaalverlies per verstoring veroorzaken, zelfs bij blootstelling van 24 uur vóór-. De wanddikte geeft een corrosietolerantie; een wand van 2,0 mm met 0,20 µm per verstoring kan 10.000 verstoringen veroorzaken, veel meer dan typische proceservaring. De atmosfeer voorafgaand aan de blootstelling is belangrijk; Voor-blootstelling bij 50 graden in droge lucht leidt tot oxideverdikking 2 à 3 keer sneller dan bij 25 graden. Voorafgaande-blootstelling aan een met zuurstof-verrijkte omgeving (zuivere O 2 ) vergroot de oxidedikte vijf keer sneller. Als de verwarmer al in gebruik is geweest bij de vorming van een passieve film, is de voorbelichtingstijd vóór de eerste verstoring minder belangrijk omdat de tijdens gebruik gevormde film al dik is.

Het opbouwen van een geïnformeerde specificatie

Na de installatie en vóór de eerste inschakeling moet een titanium verwarmingsspiraal van klasse 12, gebruikt in 20% ammoniumbisulfaat bij 110 graden met mogelijke zuurstoringen, vooraf-worden blootgesteld gedurende minimaal 24 uur aan schone, droge lucht bij 20-30 graden. Als u meer verstoringen van meer dan 20 per jaar wilt hebben, moet u een pre-blootstelling van zeven dagen instellen. Na de pre-belichtingsperiode laat u de verwarmer gedurende 4 uur op 50% vermogen draaien in de gebruikelijke pH 4,0-oplossing om de film verder te stabiliseren voordat u bij inbedrijfstelling op vol vermogen gaat werken. Voor bestaande verwarmingstoestellen die niet vooraf- zijn blootgesteld, voert u een gecontroleerde passivatie uit met behulp van 5% salpeterzuur dat gedurende 2 uur bij 50 graden circuleert, daarna afspoelen en aan de lucht blootstellen gedurende 24 uur. De ingenieur voorziet voldoende tijd voor voorafgaande blootstelling aan lucht, zodat snelle repassivering mogelijk is tijdens zuurklachten; waardoor het cumulatieve metaalverlies wordt geminimaliseerd en de levensduur van klasse 12 titanium verwarmingsspiralen in ammoniumbisulfaatgebruik wordt verlengd.