Kuinka titaanivaippalämmittimessä, joka puhdistetaan päivittäin 10-prosenttisella fosforihapolla 80 asteessa, kuinka huuhteluveden laatu (hana vs. deionisoitu) vaikuttaa palautuskinetiikkaan ja myöhempään pisteytymiseen käytössä?

Titaanivaippaiset lämmittimet altistuvat vaihteleville syövyttäville ja huuhteluolosuhteille teollisissa prosesseissa päivittäisillä puhdistusjaksoilla käyttäen 10 % fosforihappoa 80 asteessa. Huuhteluveden laatu puhdistusjaksojen välillä on tärkeä määritettäessä titaanipinnan repassivoitumisen kinetiikkaa. Deionisoitua vettä, jonka ominaisvastus on suurempi kuin 1 MΩ·cm, käytetään nopeaan uudelleenpassivoimiseen ja stabiili passiivinen kalvo muodostuu 10–30 minuutissa. Kloridien (keskimääräiset pitoisuudet vesijohtovedessä 50-200 ppm) ja muiden ionien läsnäolo vedessä hidastaa uudelleenpassivoitumista, mikä johtaa pidempään stabiilin kerroksen kehittymiseen 2-6 tunnissa. Lisäksi adsorboituneet kloridit jäävät pinnalle ja toimivat pisteen muodostumisen aloituspaikoina myöhemmässä käytössä. Huuhteluveden luonteella on suora vaikutus kaivojen tiheyteen ja lämmittimen käyttöikään.

Huuhteluveden vaikutus uudelleenpassivointikinetiikkaan

Altistuminen 10 % fosforihapolle jättää titaanipinnan aktiiviseen tai puoli{1}}passiiviseen tilaan. Huuhtelu poistaa hapon, mutta myös säätelee liuoksen kemiaa, jossa repassivaatio tapahtuu. Deionisoidun veden puhdas, matalan johtavuuden omaava ympäristö mahdollistaa passiivisen titaanikerroksen tasaisen kasvun. Vihamielisten ionien puuttuminen mahdollistaa tiheän stoikiometrisen TiO2-kerroksen muodostumisen. Vesijohtoveteen lisätään kloridi-ioneja, jotka kiinnittyvät titaanin pintaan ja kilpailevat hapen kanssa adsorptiokohdista. Kloridit hidastavat passiivikerroksen kasvua ja voivat itse jäädä kehittyvän oksidin alle jättäen heikkoja kohtia, jotka ovat lähtökohtia lämmittimen kunnostamiseen. Repassivaatioaika on aika, joka tarvitaan, jotta korroosiovirran tiheys laskee alle 1 µA/cm² huuhtelun jälkeen.

Kvantitatiiviset uudelleenpassivointiajat ja pistekorvausasteet eri laaduille huuhteluvedelle

Controlled testing of Grade 2 titanium coupons, immersed for 1 hr daily in 10% phosphoric acid at 80°C, followed by a 15-min rinse and then immersion in 3% NaCl at 60°C to replicate service, has established the following behaviour over 30 cycles. Repassivation time: 10-30 min with deionised water rinse of 18 MΩ·cm resistivity. Passive film thickness: 3-5 nm after 1 hour. Pitting density in future service: 0-5 pits per cm². Maximum pit depth after 500 hours: 0-20 μm. This is considered a good performance. The repassivation period is 30-90 min, the film thickness is 2-4 nm after 1 hr, pitting density is 5-20 pits/cm2 and pit depth is 20-80 um with softened tap water of 10,000 Omega.cm resistivity and 20 ppm chloride. This is good performance. For ordinary tap water (2,000 Ω .cm resistivity, 100 ppm chloride), repassivation duration is 1–3 h, film thickness is 1–3 nm after 1 h, pitting density is 20–80 pits per cm2, and pit depth is 80–200 µm, moderate to poor. Using hard tap water (resistivity 500 Ω.cm, chloride 200 ppm) the repassivation duration is 3-6 hours, film thickness 1-2 nm after 1 hour, pitting density >80 pits/cm2 and pit depth >200 µm, mikä ei ole hyväksyttävä suorituskyky.

Huuhteluajan ja -lämpötilan vaikutus uudelleenpassivoinnin laatuun

Huuhtelun tehokkuus riippuu huuhteluparametreista ja veden laadusta. Esimerkiksi 5 minuutin huuhtelu deionisoidulla vedellä tuottaa 80 % 30 minuutin huuhtelulla saavutetusta repassivoinnista. Jopa käytettäessä vesijohtovettä, jossa on 100 ppm kloridia, 60 minuutin huuhtelu ei tarjoa samaa uudelleenpassivointitasoa kuin 10 minuutin deionisoidun veden huuhtelu. Myös huuhtelun lämpötila on tärkeä. Sekä deionisoidulle että vesijohtovedelle lämmin 40-asteinen huuhtelu parantaa passivointikinetiikkaa 30–50 % verrattuna kylmään 20-asteiseen huuhteluun. Lämmin vesijohtovesi saattaa kuivuessaan kuitenkin väkevöidä klorideja ja pahentaa tilannetta. Viimeinen deionisoidun veden suihkutus ensihuuhtelun jälkeen on hyödyllinen kaikille veden laaduille.

Fosforihapon puhdistustoiminto Huuhteluveden laadun valintaopas

Seuraavassa taulukossa on suosituksia huuhteluveden laadulle päivittäisissä puhdistussykleissä 10-prosenttisella fosforihapolla 80 asteessa halutun pistesyöpymiskestävyyden ja käyttöiän perusteella myöhemmässä kloridi-pitoisessa käytössä.

Haluttu pistetiheys (kuoppia/cm2) 500 tunnin jälkeen Suurin sallittu kloridi huuhteluvedessä (ppm) Huuhteluveden vähimmäissuositusvastus (ohm{2}}cm) Suositeltu huuhteluaika (minuutteja) Vaadittu loppuhuuhtelu<5 <10 >100,000 15 Kyllä (DI-suihku)
5-20 10-50 10 000-100 000 20 Suositus
20–80 50–150 1,000–10,000 30 Recommended >80 >150 <1,000 60+ Not effective Engineering Beyond Rinse Water Quality Control

Titaanin laatu vaikuttaa uudelleenpassivoitumisen kinetiikkaan. Grade 7 (palladiumstabiloitu) re-passivooi 2-3 kertaa nopeammin kuin Grade 2 huuhteluveden laadusta riippumatta, mikä vähentää herkkyyttä kloridikontaminaatiolle. Seinän paksuus antaa pistevaran. 2,0 mm seinä, jossa on kohtalaisesti kuoppahaara vesijohtoveden pesusta, voi kestää 5-8 vuotta, 1,2 mm rikkoutuisi aikaisemmin. Huuhtelun jälkeinen kuivaus on tärkeä, ylijäämävesi poistettiin pakotetulla kuumalla ilmalla 60 asteessa 10 minuutin ajan kloridipitoisuuksien välttämiseksi. Kun deionisoidun veden määrää rajoitetaan, kaksivaiheinen huuhtelu (hanavesi ja sen jälkeen deionisoitu vesi) on kustannustehokas kompromissi.

Tietoisen spekuloinnin tekeminen

Määritä titaanivaippalämmittimelle, joka puhdistetaan päivittäin 10-prosenttisella fosforihapolla 80 asteessa ja jota käytetään sitten kloridiympäristössä, määritä kaksivaiheinen huuhtelu, joka koostuu 1 minuutin alkuhuuhtelusta vesijohtovedellä ja sen jälkeen 18 MΩ.10 asteen resistanssilla deionisoidulla vedellä. Loppuhuuhteluveden tulee olla < 10 ppm kloridia. Jos olemassa oleviin asennuksiin ei ole -deionisoitua vettä, lisää ionipoistokasetti huuhtelulinjaan tai pidennä huuhteluaikaa 60 minuuttiin pakotetulla ilmakuivauksella. Arvioi käyttöönoton aikana testikupongin uudelleenpassivointipotentiaali huuhtelun jälkeen. Arvo, joka on pienempi kuin -0,1 V vs. Ag/AgCl 3 % NaCl:ssa, tarkoittaa osittaista passivointia ja pidempää tai parempaa huuhtelulaatua. Insinööri käyttää deionisoitua huuhteluvettä, ei vesijohtovettä, jotta passivoiminen tapahtuu nopeasti, eikä käytössä ole enää pistesyöpymistä.