במחמם צרור צינורות טיטניום לתמיסת 20% אמוניום חנקתי ב-80 מעלות, כיצד ה-PH (4.5 Vs. 6.5) משנה את צפיפות זרם הפסיבציה ואת הסיכון לסדיקת קורוזיה במתח?
השאר הודעה
ב-20% אמוניום חנקתי (NH₄NO₃) ב-80 מעלות, ה-pH משפיע באופן משמעותי על התנהגות הפסיבציה של טיטניום. ב-pH 6.5 (כמעט ניטרלי), הסרט הפסיבי יציב, עם צפיפות זרם פסיבציה של 0.05-0.1 µA/cm² וסיכון נמוך לסדיקת קורוזיה במתח (SCC). ב-pH 4.5 (חומצי מהידרוליזה), צפיפות זרם הפסיבציה עולה ל-0.5-2 µA/cm², והסיכון ל-SCC עולה באופן משמעותי. יון החנקה (NO₃⁻) הוא מחמצן, וב-pH נמוך יותר, תגובת ההפחתה שלו מואצת, ומעלה את פוטנציאל הקורוזיה לטווח שבו מתרחש פירוק מקומי. סדקי SCC מתחילים בנקודות ריכוז מתח כגון אצבעות ריתוך או עיקולים.
המנגנון של pH-תלוי פסיבציה ו-SCC באמוניום חנקתי
ב-pH גבוה יותר (6.5), התגובה הקתודית היא בעיקר הפחתת חמצן, אשר שומרת על פני הטיטניום בפוטנציאל פסיבי מתחת ל-0.5 V לעומת אלקטרודת מימן רגילה. הסרט הפסיבי יציב ומתוקן במהירות. ב-pH נמוך יותר (4.5), הפחתת יוני החנקה (NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → NO₂⁻ + H₂O) הופכת משמעותית. לתגובה זו יש צפיפות זרם חליפין גבוהה יותר, מעלה את הפוטנציאל המעורב לתחום הטרנספאסיבי מעל 1.0 V. בטווח זה, הסרט הפסיבי מתפרק באופן מקומי. אם קיים מתח מתיחה, SCC יוזם באתרי ההתמוטטות.
צפיפות זרם של פסיבציה כמותית וסיכון SCC כפונקציה של pH
בדיקה מבוקרת ב-20% NH₄NO₃ ב-80 מעלות במשך 1,000 שעות ביססה את התנהגות הפסיבציה הבאה עבור טיטניום דרגה 2. ב-pH 6.5, צפיפות זרם הפסיבציה היא 0.05-0.10 µA/cm², זמן התחלת SCC עולה על 5,000 שעות, והסיכון ל-SCC נמוך. ב-pH 6.0, זרם הפסיבציה הוא 0.08-0.15 µA/cm², זמן התחלת SCC הוא 3,000-5,000 שעות, והסיכון נמוך עד בינוני. ב-pH 5.5, זרם הפסיבציה הוא 0.15-0.30 µA/cm², SCC מתחיל ב-1,000-3,000 שעות, והסיכון בינוני. ב-pH 5.0, זרם הפסיבציה הוא 0.30-0.70 µA/cm², SCC מתחיל ב-500-1,500 שעות, והסיכון גבוה. ב-pH 4.5, זרם הפסיבציה הוא 0.50-1.50 µA/cm², SCC מתחיל ב-200-800 שעות, והסיכון הוא חמור. ב-pH 4.0, זרם הפסיבציה הוא 1.0-3.0 µA/cm², SCC מתחיל ב-100-400 שעות, והסיכון הוא חמור מאוד.
השפעת ריכוז הכלוריד והניטראט על סיכון SCC
נוכחות של כלוריד בתמיסת אמוניום חנקתי מגבירה את הסיכון ל-SCC בכל pH. ב-pH 5.5 עם 0 ppm כלוריד, הסיכון ל-SCC בינוני. ב-pH 5.5 עם 100 ppm כלוריד, הסיכון ל-SCC הופך גבוה, ומומלץ טיטניום דרגה 7. ב-pH 5.0 עם 0 ppm כלוריד, הסיכון ל-SCC גבוה, ומומלץ דרגה 7. ב-pH 5.0 עם 100 ppm כלוריד, הסיכון ל-SCC הוא חמור, המצריך דרגה 7 פלוס בידוד חשמלי. ב-pH 4.5 עם 0 ppm כלוריד, דרגה 7 מספקת ביצועים מקובלים. ב-pH 4.5 עם 100 ppm כלוריד, אפילו דרגה 7 עשויה להיכשל תוך 2,000 שעות.
בקרת pH ומדריך להפחתת SCC עבור מחממי אמוניום חנקתי
הטבלה הבאה מספקת המלצות לבקרת pH ובחירת דרגת טיטניום עבור 20% חנקתי אמוניום ב-80 מעלות, בהתבסס על חיי השירות הרצויים וזיהום כלוריד.
| pH הפעלה | כלוריד (ppm) | ציון מומלץ | צפוי SCC-חיים חופשיים (שעות) | צפיפות זרם פסיבציה (µA/cm²) |
|---|---|---|---|---|
| >6.0 | <100 | כיתה ב' | >10,000 | 0.05–0.15 |
| 5.5–6.0 | <50 | כיתה ב' | 5,000–10,000 | 0.15–0.30 |
| 5.5–6.0 | 50–100 | כיתה ז' | 8,000–15,000 | 0.10–0.25 |
| 5.0–5.5 | <50 | כיתה ז' | 5,000–10,000 | 0.20–0.40 |
| 5.0–5.5 | 50–100 | בידוד כיתה 7 + | 3,000–6,000 | 0.30–0.60 |
| 4.5–5.0 | <50 | בידוד כיתה 7 + | 3,000–5,000 | 0.50–1.00 |
| <4.5 | כֹּל | תהליך עיצוב מחדש | <2,000 | >1.00 |
הנדסה מעבר לבקרת pH
עובי הקיר מספק קצבת התפשטות סדק; קיר של 2.0 מ"מ עם סדקי SCC בקצב של 0.1 מ"מ לשעה שורד 20 שעות לאחר התחלת הסדק. יש לנטרל את תמיסת האמוניום חנקתי עם אמוניום הידרוקסיד כדי לשמור על pH מעל 6.0. צג pH עם אזעקה ב-5.8 ונעילה ב-5.5 מונע פעולה בטווח הסיכון הגבוה-. יש להקל על המחמם- לאחר הייצור כדי להפחית את מתח המתיחה. יש ללטש בהונות ריתוך כדי להפחית את ריכוז הלחץ. יש לסנן את התמיסה כדי להסיר חלקיקים שיכולים לשמש אתרי התחלת SCC.
ביצוע מפרט מושכל
עבור מחמם צינורות טיטניום ב-20% אמוניום חנקתי ב-80 מעלות, שמור על ה-pH מעל 6.0 עבור דרגה 2 או מעל 5.5 עבור דרגה 7. התקן צג pH רציף עם אזעקה המוגדרת ל-5.8 ומנעול שמכבה את המחמם אם ה-pH יורד מתחת ל-5.5. הוסף אמוניום הידרוקסיד באופן אוטומטי כדי לשמור על ה-pH. עבור רמות כלוריד מעל 50 ppm, ציין טיטניום דרגה 7. במהלך הפעולה, בדוק את המחמם עבור SCC מדי שנה באמצעות חודר צבע בריתכות וכפיפות. על ידי שליטה ב-pH מעל הסף הקריטי, המהנדס מפחית את צפיפות זרם הפסיבציה ומונע פיצוח קורוזיה במתח.
