When a Titanium Immersion Heater Is Installed in a 10% Sodium Metasilicate Solution at 80°C, Why Does the Silicate Ion Form a Protective, Non-Porous Film Only at pH >11 ja Mitä tapahtuu pH:ssa 9?
Jätä viesti
Natriummetasilikaattiliuoksissa (Na2SiO₃) 80 asteessa silikaatti-ionit polymeroituvat titaanipinnoilla. Yli 11 pH-arvoilla silikaatista muodostuu jatkuva, ei--huokoinen, 0,5–2 µm paksu suojakalvo. pH-arvossa 9 pinnoite on huokoinen, murtunut ja suojaamaton ja mahdollistaa kloridin tai muiden aggressiivisten aineiden tunkeutumisen ja pistesyöpymisen. Ero johtuu silikaatti-ionien polymerointitilasta. Korkeassa pH:ssa silikaatti esiintyy monomeerisina SiO4⁻-ioneina, jotka muodostavat tiheän lasimaisen kerroksen. Alhaisessa pH:ssa silikaatti polymeroituu muodostaen kolloidisia ketjuja, jotka muodostavat huokoisen murtuneen rakenteen.
pH{0}}riippuvaisen silikaattikalvon muodostumismekanismi
The polymerization of silicate ions SiO4 4- + H2O HSiO4 3- + OH- At high pH (>11) tasapaino siirtyy monomeerisiin ioneihin, jotka kerrostuvat paksuna amorfisena piidioksidikerroksena. pH:ssa 9-10 ionit polymerisoituvat ketjun kaltaisiksi rakenteiksi, jotka muodostavat huokoisen verkoston. Kalvo käyttää myös natriumioneja natriumsilikaattilasin luomiseen. Suojauskyvyn määrittelee kalvon tiheys ja mikrohalkeamien puuttuminen.
Kvantitatiivinen kalvon laatu pH:n funktiona.
Grade 2 titaanille on todettu kontrolloidulla testauksella 10 % Na2SiO3:ssa 80 asteessa 500 tunnin ajan: pH 8:ssa kalvon paksuus on 0,1-0,3 µm, kalvon huokoisuus on huomattava, korroosionopeus on 0,15-0,30 mm vuodessa ja pistekorjaus on olemassa. pH 9:ssä paksuus on 0,2–0,5 µm, huokoisuus korkea, korroosionopeus 0,08–0,20 mm vuodessa ja pistesyöpymistä esiintyy satunnaisesti. pH 10:ssä paksuus on 0,5–1,0 µm, huokoisuus kohtalainen, korroosionopeus 0,04–0,10 mm/vuosi ja pistekorjaus harvoin. pH 11:ssä paksuus on 1,0–1,5 µm, huokoisuus minimaalinen, korroosionopeus 0,02–0,05 mm/vuosi ja pistesyttymistä ei ole. Paksuus on 1,5-2,5 μm, huokoisuus erittäin alhainen, korroosionopeus 0,01-0,03 mm/vuosi ja pistesyöpymistä ei tapahdu pH:ssa 12. pH 13:ssa paksuus on 2,0-3,0 μm, huokoisuus erittäin alhainen, korroosionopeus on havaittu 0,015 mm/vuosi, 0,015 mm.
Lämpötilan vaikutus pH-vaatimuksiin
Suojakalvon kriittinen pH riippuu lämpötilasta. Minimi pH on 10,5 60 o C:ssa, kun taas ehdotettu pH on 11,0. 80 asteessa minimi on 11,0 ja suositus 11,5. Minimiarvo on 11,5 100 asteessa ja ehdotettu 12,0. Vähimmäisarvo on 12,0 ja suositeltu 12,5 120 °C:ssa. Korkeammat lämpötilat suosivat silikaatin polymeroitumista ja vaativat siten suuremman pH:n silikaattien pitämiseksi monomeerisessa muodossa.
Sodium Metasilicate Service pH-säätöopas
Alla oleva taulukko on opas pH:n säätämiseksi suojaavan silikaattikalvon ylläpitämiseksi Grade 2 -titaanilämmittimissä 10 % natriummetasilikaattiliuoksessa 80 asteessa.
pH of Operation Film Quality Corrosion Rate (mm/year)Pitting Risk Recommended Action >11 Suojaava<0.05 None None 10–11 Marginal 0.05–0.10 Low Increase pH with NaOH 9–10 Poor, porous 0.10–0.20 Moderate Add NaOH to increase to >11 8–9 Ei--suojaava 0,15–0,30 High Redesign -ratkaisu<8 Unstable >0,30 Vaikea Ei hyväksyttävä
Suunnittelu yli pH-säädön
Tarvittava pH määräytyy titaanilaadun mukaan. Grade 7 (palladium-stabiloitu) muodostaa suojaavan silikaattipinnoitteen pH:ssa 10,5–11,0, mikä on hieman alhaisempi kuin Grade 2. Grade 2 on sama kuin Grade 12. Seinämän paksuus sallii korroosion, jos kalvo ei ole täysin suojaava. Kalvon muodostumiseen vaikuttaa silikaattipitoisuus. 5 % Na 2 SiO 3:sta vaatii pH:n 11,5. 15 % Na2SiO3:lla vaadittu pH on 10,5. Kloridit (epäpuhtauksista) nostavat pH-vaatimusta 0,5 - 1,0 pH-yksikköä. Liuoksen tarkkailuun tulee käyttää korkeaa pH-arvoa varten kalibroitua pH-mittaria.
Specin luominen tiedolla
Lisää natriumhydroksidia pH:n pitämiseksi yli 11,0:ssa titaani-upotuslämmittimessä 10 % natriummetasilikaatissa 80 asteessa. Asenna pH-säädin, jossa on hälytys 10,8 ja lukitus 10,5. Lisää NaOH olemassa oleviin järjestelmiin, joiden pH on alle 11, pH:n nostamiseksi arvoon 11,5. Jos pH:ta ei voida nostaa, käytä Grade 7 titaania tai laske lämpötila 60 asteeseen. Tarkista, onko lämmittimen pinnalla kuoppia käytön aikana. Nosta pH välittömästi, jos havaitset pistesyöpymistä. Insinööri pitää pH:n yli 11:ssä kehittääkseen suojaavan, ei--huokoisen silikaattipinnoitteen titaanin päälle.
