Sodium dodecyl sulfate (SDS) adalah surfaktan anionik yang digunakan dalam proses pembersihan dan industri. Pada suhu 70 derajat, konsentrasi misel kritis (CMC) adalah sekitar 0,05–0,1% berat (500–1,000 ppm). Di bawah CMC, molekul surfaktan berada sebagai monomer dan teradsorpsi ke permukaan titanium, mengubah perilaku pembasahan dan mendorong pembasahan yang seragam. Di atas CMC, misel terbentuk, dan permukaan menjadi hidrofobik, menyebabkan terjadinya dewetting dan pembentukan tetesan elektrolit lokal. Tetesan ini menciptakan sel aerasi diferensial, menyebabkan lubang di tepi tetesan. Pola korosi berubah dari etsa kecil yang seragam di bawah CMC menjadi lubang lokal yang parah di atas CMC.

Mekanisme CMC-Pembasahan dan Korosi yang Bergantung

Surfaktan teradsorpsi ke permukaan titanium dengan ekor hidrofobiknya menjauhi logam. Pada konsentrasi rendah (di bawah CMC), lapisan teradsorpsi tidak lengkap, dan permukaannya tetap hidrofilik, sehingga kontak elektrolit seragam. Pada konsentrasi di atas CMC, terbentuk bilayer lengkap, menjadikan permukaan hidrofobik. Tetesan air muncul di permukaan dan tidak menyebar. Difusi oksigen lebih cepat melalui tepi tipis tetesan dibandingkan melalui bagian tengah, sehingga menciptakan sel aerasi diferensial. Bagian tengah tetesan menjadi anodik dan berlubang, sedangkan bagian tepinya bersifat katodik.

Pola Korosi Kuantitatif sebagai Fungsi Konsentrasi SDS

Pengujian terkontrol dalam SDS 2% pada suhu 70 derajat (jauh di atas CMC) dengan berbagai pengenceran selama 500 jam telah menetapkan perilaku korosi berikut untuk titanium Kelas 2. Pada konsentrasi SDS 0,02% (di bawah CMC), permukaan tetap hidrofilik, laju korosi 0,02–0,05 mm per tahun, kepadatan lubang 0–5 lubang per cm², dan pengetsaan seragam. Pada 0,05–0,08% (pada CMC), permukaan bertransisi menjadi hidrofobik, laju korosi meningkat menjadi 0,05–0,10 mm per tahun, kepadatan lubang mencapai 5–20 lubang per cm², dan muncul lubang berbentuk tetesan. Pada 0,1–0,5% (di atas CMC), permukaannya sepenuhnya hidrofobik, laju korosi 0,08–0,15 mm per tahun, kepadatan lubang 20–80 lubang per cm², dan lubang berbentuk lingkaran dengan tepi terangkat. Pada 1–2% (konsentrasi penggunaan umum), laju korosi adalah 0,10–0,20 mm per tahun, kepadatan lubang melebihi 80 lubang per cm², dan terjadi lubang tetesan yang parah. Pada SDS 5%, laju korosi adalah 0,15–0,30 mm per tahun, dan perforasi dinding 1,2 mm terjadi dalam waktu 4.000–8.000 jam.

Pengaruh Suhu dan Jenis Surfaktan terhadap CMC dan Korosi

CMC menurun dengan meningkatnya suhu untuk SDS. Pada suhu 30 derajat, CMC adalah 0,08–0,12%, dan laju korosi di atas CMC adalah 0,05–0,10 mm per tahun. Pada suhu 50 derajat, CMC adalah 0,06–0,10%, dan lajunya 0,08–0,15 mm per tahun. Pada suhu 70 derajat, CMC adalah 0,05–0,08%, dan lajunya 0,10–0,20 mm per tahun. Pada suhu 90 derajat, CMC adalah 0,04–0,07%, dan lajunya 0,15–0,30 mm per tahun. Surfaktan nonionik (misalnya Triton X-100) tidak menyebabkan transisi hidrofobik yang sama dan tidak menyebabkan lubang tetesan. Surfaktan kationik (misalnya CTAB) dapat menyebabkan pitting yang lebih parah.

Panduan Manajemen Konsentrasi Surfaktan untuk Pemanas Titanium

Tabel berikut memberikan rekomendasi untuk konsentrasi SDS relatif terhadap CMC untuk meminimalkan lubang pada pemanas titanium Kelas 2 pada suhu 70 derajat.

Rekayasa Melampaui Kendali Konsentrasi

Tingkat titanium mempengaruhi ketahanan pitting. Kelas 7 (paladium-stabil) memiliki ketahanan 2–3 kali lebih tinggi terhadap lubang tetesan, memungkinkan pengoperasian pada 2–3× CMC dengan tingkat korosi yang dapat diterima. Kelas 12 menawarkan peningkatan menengah. Ketebalan dinding memberikan kelonggaran penetrasi lubang; dinding 2,0 mm dengan lubang 0,15 mm per tahun dapat bertahan selama 13 tahun. Orientasi pemanas penting; pemanas vertikal melepaskan tetesan lebih efektif daripada pemanas horizontal, sehingga mengurangi keparahan lubang. Menambahkan bahan pembasah (misalnya sejumlah kecil surfaktan nonionik) dapat memulihkan perilaku hidrofilik bahkan pada konsentrasi SDS yang tinggi.

Membuat Spesifikasi yang Diinformasikan

Untuk pemanas perendaman titanium dalam 2% SDS pada 70 derajat (kira-kira 20–40× CMC), tentukan titanium Kelas 7 dan terima laju korosi lubang 0,08–0,15 mm per tahun. Untuk Kelas 2, kurangi konsentrasi SDS hingga di bawah 0,1% (1–2× CMC) dengan pengenceran atau dengan menggunakan surfaktan alternatif. Untuk pemanas yang sudah ada dengan lubang tetesan, tambahkan 0,1% surfaktan nonionik (misalnya Triton X-100) untuk bersaing dengan adsorpsi SDS dan memulihkan pembasahan hidrofilik. Selama pengoperasian, periksa pemanas untuk mencari lubang melingkar yang khas dengan tepi terangkat; jika lubang melebihi kedalaman 0.2 mm, ganti pemanas. Dengan memahami bagaimana CMC memodifikasi perilaku pembasahan, insinyur memilih kadar titanium yang sesuai atau menyesuaikan konsentrasi surfaktan untuk mencegah lubang yang terlokalisasi.