נתרן בוראט (Na₂B₄O₇) בריכוז של 8% ו-95 מעלות משמש כחומר חציצה ומעכב קורוזיה. יוני בוראט (B₄O₇²⁻) יכולים ליצור סרט מגן על טיטניום, אך היציבות של הסרט הזה תלויה בריכוז הבוראט על פני המתכת. תחת חימום מחזורי, שיפוע הטמפרטורה על פני שכבת הגבול גורם ליוני בוראט לנדוד או לשקוע. מתפתח שיפוע ריכוז, עם ריכוז בוראט גבוה יותר בתמיסת התפזורת הקרירה יותר וריכוז נמוך יותר במשטח הצינור החם. שיפוע זה מערער את הסרט הפסיבי, מה שמוביל לדילול מקומי. הסרט הפסיבי נשאר יציב כאשר ריכוז הבוראט על פני השטח עולה על 2%.

המנגנון של היווצרות שיפוע ריכוז בוראט

בחימום-יציב, יוני בוראט מתפזרים לעבר משטח הטיטניום החם, אך דיפוזיה תרמית (אפקט Soret) מרחיקה אותם מהמשטח החם. ההשפעה נטו היא שכבת גבול מדולדלת, כאשר ריכוז הבוראט על פני הצינור נמוך ב-10-30% מאשר בתמיסה בתפזורת. במהלך חימום מחזורי (מחזורי מופעל-כיבוי), שיפוע הריכוז מתנודד. כאשר המחמם כבה, פני השטח מתקררים, ויוני בוראט מתפזרים בחזרה לעבר פני השטח, וגורמים לפסיביות זמנית. כאשר המחמם נדלק שוב, השיפוע -מתבסס מחדש, והמשטח מתרוקן. הדלדול וההתאוששות המחזוריים האלה מאמצים את הסרט הפסיבי, מה שמוביל לסדקים והתפרקות.

יציבות סרט פסיבי כמותית כפונקציה של ריכוז בוראט פני השטח

בדיקה מבוקרת ב-8% נתרן בוראט (ריכוז בתפזורת) ב-95 מעלות תחת חימום מחזורי (שעה הפעלה, שעה כבוי) הקימה יציבות סרט פסיבית עבור טיטניום דרגה 2 בריכוזי בוראט שונים על פני השטח. בריכוז פני השטח של 4-5% (מועשר), עובי הסרט הפסיבי הוא 5-8 ננומטר, הסרט יציב ונצמד, ולא מתרחשת בור לאחר 1,000 מחזורים. ב-3-4% (כמעט בתפזורת), העובי הוא 3-5 ננומטר, הסרט יציב במידה בינונית, ומדי פעם מתרחשת פיתולים לאחר 500 מחזורים. ב-2-3% (דלדול מתון), העובי הוא 2-4 ננומטר, הסרט מראה סדקים, ופיתולים מתחילים לאחר 200-400 מחזורים. ב-1-2% (דלדל), העובי הוא 1-3 ננומטר, הסרט אינו יציב, ופיתול מתרחש בתוך 50-200 מחזורים. מתחת ל-1%, הסרט הפסיבי נכשל לחלוטין, ומתרחשת קורוזיה אחידה ב-0.1-0.3 מ"מ בשנה.

השפעת ריכוז בוראט ותדירות מחזוריות על דלדול פני השטח

חומרת דלדול פני השטח תלויה בריכוז הבוראט בתפזורת ובתדירות המחזור. ב-4% בוראט בתפזורת, ריכוז פני השטח בחימום מחזורי הוא 2-3%, שהוא שולי. ב-6% בתפזורת, ריכוז פני השטח הוא 3-4%, שהוא יציב בינוני. ב-8% בתפזורת (נומינלי), ריכוז פני השטח הוא 4-5%, שהוא יציב. ב-10% בתפזורת, ריכוז פני השטח הוא 5-6%, שהוא יציב ביותר. בתדירות מחזור של 6 מחזורים לשעה (10 דקות הפעלה, 10 דקות כיבוי), ריכוז פני השטח נמוך ב-10-20% מאשר ב-2 מחזורים ליום מכיוון שלשכבת הגבול אין זמן להתאושש.

מדריך ריכוז ומחזור בוראט עבור מחממי טיטניום

הטבלה הבאה מספקת המלצות עבור ריכוז בוראט בתפזורת ופרמטרים מחזור כדי לשמור על יציבות סרט פסיבי על טיטניום כיתה 2 ב 95 מעלות.

הנדסה מעבר לבקרת ריכוז

דרגת הטיטניום משפיעה על יציבות הסרט הפסיבי תחת שיפוע ריכוז. דרגה 7 (מייצב פלדיום-) שומר על סרט יציב בריכוזי בוראט פני השטח עד ל-1.5%, מה שמספק מרווח בטיחות גדול יותר. כיתה י"ב מציעה שיפור בינוני. עובי הקיר אינו משפיע על הסרט הפסיבי. קצב החימום משנה; השתלטות איטית (מעלה אחת לדקה) מפחיתה את שיפוע הריכוז בהשוואה להרמה מהירה (10 מעלות לדקה). ערבול של התמיסה (מערבל או משאבת מחזור) ממזער את שיפוע הריכוז על ידי הפחתת עובי שכבת הגבול.

ביצוע מפרט מושכל

עבור מחמם מעטפת טיטניום ב-8% נתרן בוראט ב-95 מעלות עם חימום מחזורי, שמרו על ריכוז הבוראט בתפזורת ב-8-10% כדי להבטיח ריכוז פני השטח מעל 4% במהלך הרכיבה. אם תדירות המחזור עולה על 6 מחזורים לשעה, הגדל את ריכוז התפזורת ל-10%. עבור תנורי חימום קיימים עם חוסר יציבות של סרט פסיבי (מסומן על ידי צריכת חשמל לא יציבה או בור), הוסף בוראט כדי להעלות את הריכוז ל-10% או להפחית את תדירות המחזור. במהלך הפעולה, עקוב אחר ה-pH; אם ה-pH יורד מתחת ל-9, הוסף נתרן הידרוקסיד. על ידי שליטה בשיפוע ריכוז הבוראט באמצעות ריכוז נאות ותדירות רכיבה מופחתת, המהנדס שומר על סרט פסיבי יציב על מחממי טיטניום.