Hoe beïnvloedt de kwaliteit van het spoelwater (kraan versus gedeïoniseerd) de repassiveringskinetiek en de daaropvolgende putjes tijdens gebruik in een titanium mantelverwarmer die dagelijks wordt gereinigd met 10% fosforzuur bij 80 graden?
Laat een bericht achter
Bij industriële activiteiten worden verwarmingselementen met titaniummantel afwisselend in corrosieve en wasomstandigheden geplaatst met een dagelijkse reinigingscyclus, waarbij 10% fosforzuur op 80 graden wordt gebruikt. De kwaliteit van het spoelwater tussen de reinigingscycli is essentieel voor de repassiveringskinetiek van het titaniumoppervlak. Gedeïoniseerd water met een soortelijke weerstand > 1 MΩ·cm maakt snelle repassivering en vorming van een stabiele passieve film binnen 10–30 minuten mogelijk. Kraanwater dat chloriden (meestal 50–200 ppm) en andere ionen bevat, vertraagt de repassivering, waardoor de tijd om een stabiele laag te bereiken wordt verlengd tot 2–6 uur, en geadsorbeerde chloriden op het oppervlak achterblijven die dienen als startlocaties voor putjes tijdens later gebruik. De gekozen kwaliteit van het spoelwater heeft rechtstreeks invloed op de putdichtheid en de levensduur van de verwarmer.
Het mechanisme van invloed van spoelwater op de kinetiek van repassivering
Na behandeling met 10% fosforzuur bevindt het titaniumoppervlak zich in actieve of gedeeltelijk passieve toestand. Het zuur wordt verwijderd door spoelen, maar het bepaalt ook de chemie van de oplossing waarin repassivering plaatsvindt. Het gedeïoniseerde water zorgt voor een schone omgeving met een lage geleidbaarheid voor de uniforme groei van de passieve titaniumfilm. Er zijn geen vijandige ionen aanwezig en er kan een dichte stoichiometrische TiO2-laag worden gevormd. Chloride-ionen uit leidingwater worden geadsorbeerd op het titaniumoppervlak en concurreren met zuurstof om adsorptieplaatsen. En chloriden verhinderen de vorming van de passieve film en kunnen vast komen te zitten onder het oxide terwijl dit zich vormt, waardoor zwakke plekken ontstaan die putjes gaan vormen wanneer de verwarmer weer in gebruik wordt genomen. De repassiveringstijd is de tijd die nodig is voordat de corrosiestroomdichtheid na het spoelen onder de 1 µA/cm2 daalt.
Kwantitatieve repassiveringstijden en putsnelheid van verschillende spoelwaterkwaliteiten
Gecontroleerd testen van coupons van titanium van klasse 2, met behulp van een dagelijkse onderdompeling van 1 uur in 10% fosforzuur bij 80 graden, gevolgd door 15 minuten spoelen en vervolgens onderdompeling in 3% NaCl bij 60 graden om de werking te repliceren, heeft het volgende gedrag gedurende 30 cycli vastgesteld. De repassiveringstijd bij spoelen met gedeïoniseerd water met een soortelijke weerstand van 18 MΩ·cm is 10–30 minuten, de passieve filmdikte na 1 uur is 3–5 nm, de putdichtheid bij daaropvolgend gebruik is 0–5 putten per cm² en de maximale putdiepte na 500 uur is 0–20 µm. Deze prestatie wordt als geweldig beschouwd. De repassiveringstijd in onthard leidingwater (weerstandsvermogen van 10.000 Ω·cm, 20 ppm chloride) neemt toe tot 30–90 minuten, de filmdikte na 1 uur is 2–4 nm, de putdichtheid is 5–20 putjes/cm2 en de putdiepte is 20–80 μm, wat wijst op goede prestaties. normaal leidingwater, 2000 Ohm-cm soortelijke weerstand, 100 ppm chloride-repassiveringstijd 1-3 uur filmdikte na 1 uur 1-3 nm putjesdichtheid 20-80 putjes/cm2 putdiepte 80-200 mm matig tot slecht. Het harde leidingwater heeft een repassiveringstijd van 3–6 uur, een filmdikte van 1–2 nm na 1 uur, een putdichtheid van > 80 putjes/cm² en een putdiepte van > 200 µm bij een soortelijke weerstand van 500 Ω·cm en 200 ppm chloride, wat onaanvaardbaar is.
Effect van spoelduur en -temperatuur op de kwaliteit van de repassivering
De efficiëntie van de spoeling is afhankelijk van de waterkwaliteit en de parameters van de spoeling. Een spoeling van 5 minuten met gedeïoniseerd water resulteerde in een repassivering van 80% vergeleken met een spoeling van 30 minuten. Een spoeling van 60 minuten met kraanwater met 100 ppm chloride is qua repassiveringskwaliteit niet gelijkwaardig aan een spoeling van 10 minuten met gedeïoniseerd water. De spoelwatertemperatuur is een andere belangrijke factor; Warm spoelwater (40 graden) verbetert de repassiveringskinetiek met 30-50% vergeleken met koud spoelwater (20 graden) voor zowel gedeïoniseerd water als kraanwater. Maar warm kraanwater kan ervoor zorgen dat chloriden zich tijdens het droogproces concentreren, waardoor het resultaat erger wordt. Bij alle waterkwaliteiten geldt als bijkomend voordeel een laatste spoeling met gedemineraliseerd water na de hoofdspoeling.
Reinigingscycli met fosforzuur - Gids voor het kiezen van de kwaliteit van het spoelwater
Aanbevelingen voor de kwaliteit van het spoelwater voor dagelijkse reinigingscycli met 10% fosforzuur bij 80 graden worden in de volgende tabel gegeven, afhankelijk van de gewenste putweerstand en levensduur bij daaropvolgend chloride{2}}houdend gebruik.
Gewenste putjesdichtheid (pits/cm2) na 500 uur Maximaal toelaatbaar chloride in spoelwater (ppm) Minimaal aanbevolen spoelwaterweerstand (Ω·cm) Aanbevolen spoelduur (minuten) Laatste spoeling vereist<5 <10 >100,000 15 Ja (DI-spray)
5 - 20 10 - 50 10,000 - 100,000 20 Aanbevolen
20–80 50–150 1,000–10,000 30 Recommended >80 >150 <1,000 60+ Not effective Engineering Beyond Rinse Water Quality Control
De titaniumkwaliteit heeft invloed op de repassivatiekinetiek. Graad 7 (palladium-gestabiliseerd) repassiveert 2-3 keer sneller dan Graad 2 in spoelwater van welke kwaliteit dan ook, waardoor de gevoeligheid voor chlorideverontreiniging wordt verminderd. De wanddikte biedt een puttolerantie. Een muur van 2,0 mm, met matige putjes door het spoelen met leidingwater, kan 5 tot 8 jaar meegaan, maar een muur van 1,2 mm zou eerder kapot gaan. De techniek van het drogen na het spoelen is belangrijk. Geforceerd drogen met hete lucht op 60 graden gedurende 10 minuten elimineert het overgebleven vocht en vermijdt gebieden met chlorideconcentraties. Als het volume gedeïoniseerd water beperkt is, is een kosteneffectief compromis een spoeling in twee fasen (kraanwater gevolgd door gedeïoniseerd water).
Het verstrekken van een geïnformeerde specificatie
Voor een verwarming met titaniummantel die dagelijks wordt gebruikt met 10% fosforzuur bij 80 graden en vervolgens wordt blootgesteld aan een chloridehoudende omgeving, gebruikt u een spoeling in twee- fasen. Een eerste spoeling met kraanwater gedurende 1 minuut, gevolgd door een laatste spoeling met gedeïoniseerd water met een weerstandsvermogen van 18 MΩ·cm gedurende 10 minuten bij 40 graden. Specificeer dat het laatste spoelwater minder dan 10 ppm chloriden bevat. Als er geen gedeïoniseerd water beschikbaar is voor bestaande installaties, voeg dan een deïonisatiepatroon toe aan de spoelleiding of verleng de spoeltijd tot 60 minuten met geforceerde luchtdroging. Na de spoelprocedure tijdens de inbedrijfstelling werd een testcoupon gemeten op repassiveringspotentieel. Een waarde kleiner dan -0,1 V versus Ag/AgCl in 3% NaCl duidt op een onvolledige repassivering en vereist een langere spoeling of spoeling van hogere kwaliteit. De ingenieur gebruikt gedeïoniseerd waswater in plaats van kraanwater voor snelle repassivering en geen verdere putjes tijdens gebruik.
