In un riscaldatore a guaina in titanio sottoposto a pulizia quotidiana con acido fosforico al 10% a 80 gradi, in che modo la qualità dell'acqua di risciacquo (rubinetto o deionizzata) influenza la cinetica di ripassivazione e la successiva vaiolatura in servizio?

Nelle operazioni industriali, i riscaldatori a guaina in titanio vengono sottoposti a condizioni alternate di corrosione e lavaggio con un ciclo di pulizia giornaliero, utilizzando acido fosforico al 10% a 80 gradi. La qualità dell'acqua di risciacquo tra i cicli di pulizia è essenziale per la cinetica di ripassivazione della superficie del titanio. L'acqua deionizzata con resistività > 1 MΩ·cm consente una rapida ripassivazione e la formazione di un film passivo stabile entro 10–30 minuti. L'acqua del rubinetto contenente cloruri (solitamente 50-200 ppm) e altri ioni rallenta la ripassivazione, aumentando il tempo per ottenere uno strato stabile a 2-6 ore e lasciando cloruri adsorbiti sulla superficie che fungono da siti di inizio vaiolatura durante le operazioni successive. La qualità dell'acqua di risciacquo scelta influisce direttamente sulla densità della vaiolatura e sulla durata del riscaldatore.

Il meccanismo d'influenza dell'acqua di risciacquo sulla cinetica di ripassivazione

Dopo il trattamento con acido fosforico al 10% la superficie del titanio è in uno stato attivo o parzialmente passivo. L'acido viene rimosso mediante risciacquo ma determina anche la chimica della soluzione in cui avviene la ripassivazione. L'acqua deionizzata fornisce un ambiente pulito e a bassa conduttività per la crescita uniforme della pellicola passiva di titanio. Non sono presenti ioni ostili e si può formare un denso strato stechiometrico di TiO2. Gli ioni cloruro dell'acqua del rubinetto vengono adsorbiti sulla superficie del titanio e competono con l'ossigeno per i siti di adsorbimento. Inoltre, i cloruri impediscono la creazione del film passivo e possono rimanere intrappolati sotto l'ossido mentre si forma, causando punti deboli che inizieranno a vaiolarsi quando il riscaldatore verrà rimesso in servizio. Il tempo di ripassivazione è il tempo necessario affinché la densità della corrente di corrosione scenda al di sotto di 1 µA/cm2 dopo il risciacquo.

Tempi di ripassivazione quantitativi e tassi di vaiolatura di diverse qualità di acqua di risciacquo

Test controllati di campioni di titanio di grado 2, utilizzando un'immersione giornaliera di 1 ora in acido fosforico al 10% a 80 gradi, seguita da un risciacquo di 15 minuti e quindi un'immersione in NaCl al 3% a 60 gradi per replicare il servizio, hanno stabilito il seguente comportamento su 30 cicli. Il tempo di ripassivazione dopo il risciacquo con acqua deionizzata con resistività di 18 MΩ·cm è di 10–30 minuti, lo spessore del film passivo dopo 1 ora è di 3–5 nm, la densità di vaiolatura nel servizio successivo è di 0–5 buchi per cm² e la profondità massima dei buchi dopo 500 ore è di 0–20 µm. Questa prestazione è considerata eccezionale. Il tempo di ripassivazione nell'acqua di rubinetto addolcita (resistività 10.000 Ω·cm, 20 ppm di cloruro) aumenta a 30–90 minuti, lo spessore del film dopo 1 ora è 2–4 nm, la densità di vaiolatura è 5–20 buchi/cm2 e la profondità dei buchi è 20–80 μm, indicando buone prestazioni. acqua di rubinetto normale, resistività 2000 Ohm-cm, tempo di ripassivazione del cloruro 100 ppm 1-3 ore spessore del film dopo 1 ora 1-3 nm densità di vaiolatura 20-80 buchi/cm2 profondità dei buchi 80-200 mm da mediocre a scarsa. L'acqua dura del rubinetto ha un tempo di ripassivazione di 3–6 ore, uno spessore del film di 1–2 nm dopo 1 ora, una densità di vaiolatura > 80 alveoli/cm² e una profondità di alveoli > 200 µm con resistività di 500 Ω·cm e 200 ppm di cloruro, il che è inaccettabile.

Effetto della durata e della temperatura del risciacquo sulla qualità della ripassivazione

L'efficacia del risciacquo dipende dalla qualità dell'acqua e dai parametri del risciacquo. Un risciacquo di 5 minuti con acqua deionizzata ha prodotto una ripassivazione dell'80% rispetto a un risciacquo di 30 minuti. Un risciacquo di 60 minuti con acqua di rubinetto con 100 ppm di cloruro non equivale a un risciacquo di 10 minuti con acqua deionizzata in termini di qualità di ripassivazione. La temperatura dell'acqua di risciacquo è un altro fattore importante; l'acqua di risciacquo calda (40 gradi) migliora la cinetica di ripassivazione del 30–50% rispetto all'acqua di risciacquo fredda (20 gradi) sia per l'acqua deionizzata che per quella del rubinetto. Tuttavia, l’acqua calda del rubinetto potrebbe causare la concentrazione dei cloruri durante il processo di asciugatura, peggiorando il risultato. Per tutte le qualità dell'acqua, un ulteriore vantaggio è il risciacquo finale con acqua deionizzata dopo il risciacquo principale.

Cicli di pulizia con acido fosforico - Guida alla scelta della qualità dell'acqua di risciacquo

Nella tabella seguente sono fornite raccomandazioni per la qualità dell'acqua di risciacquo per i cicli di pulizia giornalieri con acido fosforico al 10% a 80 gradi, a seconda della resistenza alla vaiolatura desiderata e della durata di servizio nel successivo servizio contenente cloruro-.

Densità di vaiolatura desiderata (alveoli/cm2) dopo 500 ore Cloruro massimo consentito nell'acqua di risciacquo (ppm) Resistività minima consigliata dell'acqua di risciacquo (Ω·cm) Durata di risciacquo consigliata (minuti) Risciacquo finale richiesto<5 <10 >100,000 15 Sì (DI spray)
5 - 20 10 - 50 10,000 - 100,000 20 Consigliato
20–80 50–150 1,000–10,000 30 Recommended >80 >150 <1,000 60+ Not effective Engineering Beyond Rinse Water Quality Control

Il grado di titanio influisce sulla cinetica di ripassivazione. Il grado 7 (stabilizzato al palladio-) ripassiva 2-3 volte più velocemente del grado 2 in qualsiasi qualità di acqua di risciacquo, riducendo la sensibilità alla contaminazione da cloruro. Lo spessore della parete offre un margine di vaiolatura. Un muro di 2,0 mm, con vaiolature moderate dovute al risciacquo con acqua di rubinetto, può durare 5–8 anni, ma un muro di 1,2 mm cederebbe prima. Importante è la tecnica di asciugatura dopo il risciacquo. L'asciugatura forzata ad aria calda a 60 gradi per 10 minuti elimina l'umidità residua, evitando zone di concentrazione di cloruri. Se il volume dell'acqua deionizzata è limitato, un-compromesso economicamente vantaggioso è un risciacquo in due fasi (acqua del rubinetto seguita da acqua deionizzata).

Fornire una specifica informata

Per un riscaldatore a guaina in titanio utilizzato quotidianamente con acido fosforico al 10% a 80 gradi e quindi esposto a un ambiente contenente cloruro, utilizzare un risciacquo a due fasi. Un risciacquo iniziale con acqua di rubinetto per 1 minuto seguito da un risciacquo finale con acqua deionizzata con resistività di 18 MΩ·cm per 10 minuti a 40 gradi. Specificare che l'acqua del risciacquo finale contenga meno di 10 ppm di cloruri. Se l'acqua deionizzata non è disponibile per le installazioni esistenti, aggiungere una cartuccia di deionizzazione alla linea di risciacquo o estendere il tempo di risciacquo a 60 minuti con l'asciugatura ad aria forzata. Dopo la procedura di risciacquo durante la messa in servizio, è stato misurato il potenziale di ripassivazione su un campione di prova. Un valore inferiore a -0,1 V rispetto ad Ag/AgCl in NaCl al 3% indica una ripassivazione incompleta e richiede un risciacquo più lungo o di qualità superiore. L'ingegnere utilizza acqua di lavaggio deionizzata anziché acqua di rubinetto per una rapida ripassivazione e per evitare ulteriori vaiolature durante il servizio.