Per un riscaldatore ad immersione in titanio in una soluzione di persolfato di sodio al 5% a 50 gradi, perché lo ione persolfato non passiva il titanio nonostante sia un forte ossidante e provoca invece una dissoluzione transpassiva?
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Il persolfato di sodio (Na₂S₂O₈) è un forte agente ossidante, con un potenziale di riduzione standard per S₂O₈²⁻/SO₄²⁻ di 2,01 V, superiore a quello dell'acido nitrico. Nel caso del titanio, il persolfato induce una dissoluzione transpassiva piuttosto che una passivazione persistente. A 50 gradi C, il forte potenziale di ossidazione sposta la superficie del titanio nell'area transpassiva sopra 1,8 V rispetto a un elettrodo a idrogeno convenzionale, dove lo strato passivo si rompe e il titanio si dissolve come Ti 4 + a una velocità di 0,2–0,5 mm all'anno. La dissoluzione transpassiva è uniforme, non vaiolata. Ma il tasso di corrosione è troppo elevato per la maggior parte delle applicazioni.
Meccanismo della dissoluzione transpassiva indotta dal persolfato
Il titanio ha una regione passiva stabile compresa tra circa 0 V e 1,8 V. A potenziali superiori a 1,8 V il film di TiO2 viene ossidato nelle specie solubili di Ti 4 +: TiO2 + 2H2O → Ti 4 + + 4OH - + 2e - . Il potenziale combinato del titanio nel persolfato, un ossidante molto forte, è 1,7-2,0 V. In questo intervallo la corrente di dissoluzione transpassiva è elevata. La corrosione è uniforme poiché tutta la superficie si trova nella zona transpassiva. Non si verifica alcuna rottura localizzata, ma si verifica una costante dissoluzione della pellicola.
Concentrazioni di persolfato Tasso di corrosione quantitativo in funzione di
Nel caso del titanio di grado 2, è stato stabilito quanto segue mediante test controllati in persolfato di sodio a 50 gradi per 500 ore. Allo 0% di persolfato (base) la velocità di corrosione è 0,005–0,010 mm/anno, il potenziale superficiale è 0,2–0,5 V e il meccanismo è passivo. 1% persolfato 0,05-0,12 mm/anno 1,2-1,5 V Misto persolfato al 3% Tasso 0,12-0,25 mm/anno Potenziale 1,5-1,7 V Meccanismo Inizio transpassivo Al 5% di persolfato, la velocità è di 0,20-0,40 mm/anno, il potenziale è di 1,7-1,9 V e il meccanismo è transpassivo. La velocità è di 0,35–0,60 mm/anno al 10% di persolfato, il potenziale è di 1,8–2,0 V e il meccanismo è transpassivo grave.
Effetto della temperatura sulla transizione transpassiva
A temperature più elevate la regione transpassiva si sposta verso potenziali più bassi. La velocità di corrosione è transpassiva ed è di 0,10–0,20 mm/anno a 25 gradi e 5% di persolfato. Cresce di 0,15–0,30 mm all'anno a 40 gradi. La velocità è di 0,20-0,40 mm/anno a 50 gradi. La velocità è di 0,30–0,60 mm all'anno a 60 gradi. Il tasso è superiore a 0,50 mm/anno sopra i 70 gradi. Più alta è la temperatura, più grave è la dissoluzione transpassiva.
**Guida per la selezione dei materiali nel servizio persolfato
La tabella seguente fornisce raccomandazioni per il riscaldamento di soluzioni di persolfato di sodio in base alla concentrazione e alla temperatura.
Concentrazione di persolfato (%) Temperatura (gradi) Grado 2 Tasso di corrosione (mm/anno) Tasso di corrosione (mm/anno) Grado 7 Materiale consigliato<1 50 0.05–0.10 0.03–0.06 Grade 7 with thick wall 1–3 40 0.08–0.15 0.05–0.10 PTFE-coated titanium 1–3 50 0.12–0.25Not recommended for titanium 3–5 30 0.10–0.20 0.06–0.12 Tantalum or PTFE >5 Any >0.20 >0,12 Tantalio o PTFE
Titanio e oltre le scelte ingegneristiche
I tassi di dissoluzione transpassiva del Grado 7 sono leggermente inferiori a quelli del Grado 2 (diminuzione del 30–50%) a causa dell'arricchimento del palladio, tuttavia il miglioramento non è sufficiente per rendere il titanio appropriato per il servizio con persolfato. Lo spessore della parete è dato per la tolleranza alla corrosione. Con una parete di 2,0 mm e una corrosione di 0,20 mm all'anno, la parete durerà 10 anni, ma questo valore è trascurabile. I riscaldatori in titanio rivestiti in PTFE forniscono una grande resistenza e mantengono il metallo isolato dalla soluzione di persolfato. Il tantalio presenta un intervallo passivo molto più elevato ed è resistente al persolfato. Anche lo zirconio funziona bene, ma è costoso.
Fiducia nelle specifiche
Il tasso di corrosione previsto per un riscaldatore ad immersione in titanio in persolfato di sodio al 5% a 50 gradi è di 0,20–0,40 mm all'anno, che è troppo elevato per un utilizzo a lungo termine. Utilizzare un riscaldatore in titanio rivestito in PTFE o un riscaldatore al tantalio. 0.5 mm PTFE. Lo spessore della parete deve essere di 2,5 mm, se è necessario il titanio, la concentrazione di persolfato deve essere mantenuta al 2% e la temperatura a 40 gradi. Controllare lo spessore del riscaldatore una volta all'anno durante il funzionamento. Quando lo spessore della parete è 1,0 mm, sostituire il riscaldatore. Sapendo che il persolfato è un dissolutore transpassivo e non un passivatore, l'ingegnere seleziona materiali adatti per questo ambiente fortemente ossidante.
