In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11 vormt het silicaat een continue, niet-poreuze, beschermende film met een dikte van 0,5–2 µm. Bij pH 9 is de film poreus, gebarsten en niet-beschermend, waardoor chloride of andere agressieve stoffen kunnen binnendringen en putjes kunnen veroorzaken. Het verschil komt voort uit de polymerisatietoestand van silicaationen. Bij hoge pH bestaat silicaat als monomere SiO₄⁴⁻-ionen die een dichte, glasachtige film vormen. Bij een lagere pH polymeriseert silicaat tot colloïdale ketens die een poreuze, gebarsten structuur produceren.

Het mechanisme van pH-afhankelijke silicaatfilmvorming

The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), bevoordeelt het evenwicht monomere ionen, die zich afzetten als een dichte amorfe silicafilm. Bij een pH van 9–10 polymeriseren de ionen tot keten{4}}achtige structuren die een poreus netwerk vormen. De film bevat ook natriumionen, waardoor een natriumsilicaatglas ontstaat. De beschermende kwaliteit wordt bepaald door de dichtheid van de film en de afwezigheid van micro-scheurtjes.

Kwantitatieve filmkwaliteit als functie van de pH

Gecontroleerd testen in 10% Na₂SiO₃ bij 80 graden gedurende 500 uur heeft het volgende vastgesteld voor titanium van klasse 2. Bij pH 8 is de filmdikte 0,1–0,3 µm, is de filmporositeit hoog, is de corrosiesnelheid 0,15–0,30 mm per jaar en zijn er putjes aanwezig. Bij pH 9 is de dikte 0,2–0,5 µm, de porositeit hoog, de corrosiesnelheid 0,08–0,20 mm per jaar en komt putvorming af en toe voor. Bij pH 10 is de dikte 0,5–1,0 µm, is de porositeit matig, is de corrosiesnelheid 0,04–0,10 mm per jaar en zijn putjes zeldzaam. Bij pH 11 is de dikte 1,0–1,5 µm, is de porositeit laag, is de corrosiesnelheid 0,02–0,05 mm per jaar en treedt er geen putvorming op. Bij pH 12 is de dikte 1,5–2,5 µm, is de porositeit erg laag, is de corrosiesnelheid 0,01–0,03 mm per jaar en treedt er geen putvorming op. Bij pH 13 is de dikte 2,0–3,0 µm, is de porositeit erg laag, is de corrosiesnelheid 0,005–0,015 mm per jaar en treedt er geen putvorming op.

Invloed van temperatuur op pH-vereiste

De minimale pH die nodig is voor een beschermende film neemt toe met de temperatuur. Bij 60 graden is de minimale pH 10,5 en de aanbevolen pH 11,0. Bij 80 graden is het minimum 11,0 en het aanbevolen 11,5. Bij 100 graden is het minimum 11,5 en het aanbevolen 12,0. Bij 120 graden is het minimum 12,0 en het aanbevolen 12,5. Hogere temperaturen bevorderen de silicaatpolymerisatie, waardoor een hogere pH nodig is om de monomere toestand te behouden.

Gids voor pH-controle voor natriummetasilicaatservice

De volgende tabel geeft aanbevelingen voor pH-controle om een ​​beschermende silicaatfilm te behouden op titaniumverwarmers van klasse 2 in 10% natriummetasilicaat bij 80 graden.

Techniek die verder gaat dan pH-controle

De titaniumkwaliteit beïnvloedt de vereiste pH. Graad 7 (palladium-gestabiliseerd) vormt een beschermende silicaatfilm bij een pH van 10,5–11,0, iets lager dan klasse 2. Graad 12 vertoont een vergelijkbaar gedrag als klasse 2. De wanddikte biedt voldoende corrosie als de film niet volledig beschermend is. De silicaatconcentratie beïnvloedt de filmvorming; bij 5% Na₂SiO₃ is de vereiste pH 11,5. Bij 15% Na₂SiO₃ is de vereiste pH 10,5. De aanwezigheid van chloriden (uit onzuiverheden) verhoogt de vereiste pH met 0,5–1,0 eenheden. De oplossing moet worden gecontroleerd met een pH-meter die is gekalibreerd voor hoge- pH-oplossingen.

Een geïnformeerde specificatie maken

Voor een titanium dompelverwarmer in 10% natriummetasilicaat bij 80 graden, houdt u de pH boven 11,0 door natriumhydroxide toe te voegen. Installeer een pH-controller met een alarm ingesteld op 10,8 en een vergrendeling op 10,5. Voor bestaande systemen met een pH lager dan 11 voegt u NaOH toe om de pH naar 11,5 te verhogen. Als de pH niet kan worden verhoogd, gebruik dan titanium van klasse 7 of verlaag de temperatuur tot 60 graden. Inspecteer tijdens bedrijf het verwarmingsoppervlak op putjes; als putjes worden waargenomen, verhoog dan onmiddellijk de pH. Door de pH boven de 11 te houden, zorgt de ingenieur ervoor dat er een beschermende, niet-poreuze silicaatfilm op titanium ontstaat.