Hoe remt het thiocyanaat-anion, voor een hittestaaf van titanium die wordt gebruikt om een oplossing van 30% natriumthiocyanaat op te warmen tot 80 graden, op competitieve wijze de door chloride-geïnduceerde putjes?
Laat een bericht achter
In 30% natriumthiocyanaat (NaSCN) bij 80 graden adsorberen thiocyanaatanionen (SCN⁻) sterk op het titaniumoppervlak en vormen zo een beschermende barrière. Wanneer chloride-ionen aanwezig zijn, concurreert SCN⁻ om oppervlakte-adsorptieplaatsen. Omdat SCN⁻ een hogere adsorptieaffiniteit heeft dan Cl⁻, verdringt het chloride van het oppervlak, waardoor door chloride-geïnduceerde putvorming wordt voorkomen. De remmingsefficiëntie neemt toe met de SCN⁻-concentratie. Bij een molaire verhouding tussen SCN⁻ en Cl⁻ groter dan 2 wordt putvorming volledig onderdrukt. De beschermende film bestaat uit een titanium-thiocyanaatcomplex dat de toegang van chloriden tot het metaaloppervlak blokkeert.
Het mechanisme van competitieve adsorptie en putremming
Thiocyanaat is een zachte basis die sterke covalente bindingen vormt met titaniumoppervlakteatomen. Chloride is een harde base die zwakkere elektrostatische bindingen vormt. In gemengde oplossingen adsorbeert SCN⁻ bij voorkeur, waardoor oppervlakteplaatsen worden bezet die anders beschikbaar zouden zijn voor chloride. De geadsorbeerde SCN⁻-laag verandert ook de oppervlaktelading, waardoor chloride-ionen worden afgestoten. De remming volgt een Langmuir-isotherm, met de oppervlaktedekking θ=(K[SCN⁻])/(1 + K[SCN⁻]), waarbij K de adsorptie-evenwichtsconstante is.
Kwantitatieve remming van putjes als functie van de SCN⁻/Cl⁻-verhouding
Gecontroleerd testen in oplossingen met 1.000 ppm Cl⁻ bij 80 graden en variërende SCN⁻-concentraties gedurende 500 uur hebben het volgende aangetoond voor titanium van klasse 2. Bij een molaire verhouding SCN⁻/Cl⁻ van 0 (0 ppm SCN⁻) bedraagt de putjesdichtheid 50–150 putjes per cm² en de maximale putdiepte 200–500 µm. Bij een verhouding van 0,5 (500 ppm SCN⁻) bedraagt de putjesdichtheid 10–30 putjes per cm² en de putdiepte 50–100 µm. Bij een verhouding van 1,0 (1.000 ppm SCN⁻) bedraagt de putjesdichtheid 2–10 putjes per cm² en de putdiepte 10–30 µm. Bij een verhouding van 2,0 (2.000 ppm SCN⁻) bedraagt de putjesdichtheid 0 putjes per cm² en de putdiepte 0 µm (volledige bescherming). Bij een verhouding van 5,0 (5.000 ppm SCN⁻) is de putdichtheid 0 en de putdiepte 0.
Invloed van temperatuur en chlorideconcentratie op de kritische verhouding
De minimaal vereiste SCN⁻/Cl⁻-verhouding voor volledige bescherming neemt toe met de temperatuur. Bij 40 graden is de verhouding 0,8. Bij 60 graden is de verhouding 1,2. Bij 80 graden is de verhouding 2,0. Bij 100 graden is de verhouding 3,0. De vereiste verhouding neemt ook toe met de chlorideconcentratie; bij 500 ppm Cl- is de verhouding 1,5; bij 1.000 ppm Cl- is de verhouding 2,0; bij 5.000 ppm Cl- is de verhouding 3,0.
Thiocyanaatconcentratiegids voor preventie van chloride-pitting
De volgende tabel geeft aanbevelingen voor de SCN⁻-concentratie om door chloride-geïnduceerde putjes te voorkomen op titaniumverwarmers van klasse 2 bij 80 graden.
| Chlorideconcentratie (ppm) | Minimale SCN⁻ voor volledige bescherming (ppm) | Aanbevolen SCN⁻ (ppm) | SCN⁻/Cl⁻ Molaire verhouding |
|---|---|---|---|
| 100 | 200 | 300 | 2.0 |
| 250 | 500 | 750 | 2.0 |
| 500 | 1,000 | 1,500 | 2.0 |
| 1,000 | 2,000 | 3,000 | 2.0 |
| 2,000 | 4,000 | 6,000 | 2.0 |
| 5,000 | 10,000 | 15,000 | 2.0 |
Techniek die verder gaat dan de controle van de thiocyanaatconcentratie
De titaniumkwaliteit heeft invloed op de vereiste SCN⁻-concentratie. Graad 7 (palladium-gestabiliseerd) heeft een lagere vereiste (SCN⁻/Cl⁻ verhouding van 1,0–1,5 bij 80 graden) vanwege het nobelere oppervlak. De wanddikte biedt een toegestane putpenetratie als de remming onvolledig is. De pH van de oplossing beïnvloedt de stabiliteit van SCN⁻; bij een pH lager dan 4 hydrolyseert SCN⁻ tot HCN en gaat verloren. Bij een pH boven 10 is SCN⁻ stabiel. De aanwezigheid van oxidatiemiddelen (bijv. Fe³⁺) kan SCN⁻ oxideren tot sulfaat, waardoor de remming wordt verminderd.
Een geïnformeerde specificatie maken
Voor een titanium warmtestaaf in 30% natriumthiocyanaat bij 80 graden met chlorideverontreiniging moet een molaire verhouding SCN⁻/Cl⁻ boven 2,0 worden aangehouden om putvorming te voorkomen. Als de chlorideconcentratie onbekend is, dient u de SCN⁻ als algemene remmer op 5.000 ppm (0,5%) te houden. Controleer de SCN⁻-concentratie wekelijks door middel van titratie. Als de verhouding onder de 2,0 daalt, voeg dan natriumthiocyanaat toe. Voor bestaande verwarmers met putjes verhoogt u de SCN⁻-concentratie tijdelijk tot 10.000 ppm om het oppervlak opnieuw te passiveren. Door thiocyanaat als concurrerend adsorbaat te gebruiken, beschermt de ingenieur titaniumverwarmers tegen door chloride-geïnduceerde putjes.
