Natriumdichromaat (Na₂Cr₂O₇) met een concentratie van 10% en 70 graden is een sterk oxiderende oplossing. Zeswaardig chroom (Cr⁶⁺) is een krachtig oxidatiemiddel met een standaard reductiepotentieel van +1.33 V voor Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺. In veel metalen, zoals roestvrij staal, bevorderen chromaationen de passivatie. Op titanium produceert zeswaardig chroom echter geen stabiele passieve film. De chroomionen worden niet opgenomen in het titaniumdioxiderooster, en het hoge oxidatiepotentieel drijft het titanium feitelijk naar het transpassieve gebied, waardoor de passieve film continu wordt opgelost. De corrosiesnelheid van titanium in 10% natriumdichromaat bij 70 graden is 0,05–0,15 mm per jaar, wat hoger is dan in veel neutrale chlorideoplossingen.

Het mechanisme van titaniumgedrag in zeswaardige chroomoplossingen

Titanium vertrouwt op een stabiele TiO₂-film voor passivering. In dichromaatoplossingen vindt de reductiereactie Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O plaats op het titaniumoppervlak. Deze reactie heeft een hoge uitwisselingsstroomdichtheid, waardoor het gemengde potentieel van titanium wordt verschoven naar waarden boven +1.0 V vergeleken met een standaard waterstofelektrode. Bij zulke nobele mogelijkheden komt titanium het transpassieve gebied binnen waar de TiO₂-film verder oxideert tot oplosbare Ti⁴⁺-soorten. De passieve film lost continu op in plaats van stabiel te blijven. Bovendien vormen chromaationen geen onoplosbare verbindingen met titanium die als barrièrelaag zouden kunnen werken, in tegenstelling tot ijzer of chroom waar chromaat beschermende spineloxiden vormt.

Kwantitatieve corrosiesnelheden en oppervlakteanalyse

Gecontroleerd testen in 10% Na₂Cr₂O₇ bij 70 graden gedurende 1000 uur heeft het volgende corrosiegedrag voor titanium van klasse 2 vastgesteld. De corrosiesnelheid bedraagt ​​0,05–0,15 mm per jaar, wat 5–15 keer hoger is dan de snelheid in zoet water bij dezelfde temperatuur. Het oppervlak vertoont een gele-bruine verkleuring door afgezet chroomoxide of hydroxide. Analyse van röntgenfoto-elektronenspectroscopie geeft aan dat de oppervlaktefilm een ​​mengsel van TiO₂ en Cr(OH)3 bevat, maar dat de film poreus en niet-beschermend is. Het open{16}}potentieel van het open circuit stabiliseert zich bij +0.6 tot +0.9 V versus Ag/AgCl, dat zich in het transpassieve gebied bevindt. Er wordt geen putvorming waargenomen; in plaats daarvan treedt uniforme verdunning op. Ter vergelijking: titanium van klasse 2 in 3% NaCl bij 70 graden heeft een corrosiesnelheid van 0,01–0,03 mm per jaar met een passief potentieel van +0.1 tot +0.3 V.

Invloed van concentratie en temperatuur op de ernst van corrosie

De corrosiesnelheid neemt toe met zowel de dichromaatconcentratie als de temperatuur. Bij 5% Na₂Cr₂O₇ en 70 graden bedraagt ​​de corrosiesnelheid 0,03–0,08 mm per jaar. Bij 10% en 70 graden bedraagt ​​het percentage 0,05–0,15 mm per jaar. Bij 15% en 70 graden stijgt het percentage naar 0,08–0,20 mm per jaar. Bij 10% en 50 graden daalt het percentage tot 0,02–0,05 mm per jaar. Bij 10% en 90 graden neemt het percentage toe tot 0,10–0,25 mm per jaar. Bij 20% en 90 graden bereikt de snelheid 0,15–0,35 mm per jaar. De corrosie is uniform, zonder putjes, omdat de transpassieve oplossing gelijkmatig over het oppervlak plaatsvindt. De activeringsenergie voor het proces bedraagt ​​ongeveer 40 kJ/mol, wat wijst op een gemengde kinetische en diffusiecontrole.

Corrosiegedrag van verschillende titaniumkwaliteiten in dichromaatoplossingen

De volgende tabel vergelijkt de corrosiesnelheden van verschillende titaniumkwaliteiten in 10% natriumdichromaat bij 70 graden gedurende 1000 uur, samen met hun passieve filmeigenschappen.

Gids voor mitigatie en materiaalkeuze voor dichromaatservice

Voor toepassingen waarbij verwarming van natriumdichromaatoplossingen vereist is, geeft de volgende tabel aanbevelingen voor de selectie van titaniumverwarmers en operationele limieten.

Techniek die verder gaat dan rangselectie

Wanddikte biedt een corrosietoeslag; een wand van 2,0 mm met een corrosiesnelheid van 0,10 mm per jaar gaat 20 jaar mee. De oppervlakteafwerking van de buis heeft een minimaal effect op transpassieve oplossing. De aanwezigheid van chloriden in de dichromaatoplossing, die kunnen ontstaan ​​uit onzuiver water, verhoogt de corrosiesnelheid met een factor 2 à 3. De toevoeging van sulfaationen heeft een licht remmend effect. De corrosiesnelheid kan met 30-50% worden verminderd door de oplossing te ontluchten om zuurstof te verwijderen, wat de kathodische reactie vertraagt.

Een geïnformeerde specificatie maken

Voor een elektrische dompelverwarmer van titanium met 10% natriumdichromaat bij 70 graden kunt u een corrosiesnelheid van 0,05–0,15 mm per jaar verwachten voor klasse 2 of 0,04–0,12 mm per jaar voor klasse 7. Specificeer een minimale wanddikte van 2,0 mm voor een levensduur van 10–20 jaar. Voor hogere concentraties of temperaturen kunt u overwegen de bedrijfstemperatuur te verlagen of de dichromaatoplossing te verdunnen. Controleer tijdens bedrijf de verwarmer op veranderingen in de elektrische weerstand, die op verdunning kunnen duiden. Als de oplossing vervuild raakt met chloriden, verlaag dan de temperatuur tot 50 graden. Door te begrijpen dat zeswaardig chroom titanium niet passiveert en in plaats daarvan transpassieve oplossing veroorzaakt, selecteert de ingenieur de juiste wanddikte en kwaliteit voor een voorspelbare levensduur in natriumdichromaatoplossingen.