Untuk Pemanas Selubung Titanium yang Dipasang dalam Tangki Natrium Borat 8% pada suhu 95 derajat, Bagaimana Gradien Konsentrasi Borat di Dekat Permukaan Tabung Mempengaruhi Stabilitas Film Pasif di Bawah Pemanasan Siklik?

Zat penyangga dan penghambat korosi adalah natrium borat (Na₂B₄O₇) pada konsentrasi 8% dan 95 derajat. Ion borat (B4O72−) dapat membuat lapisan pelindung pada titanium, namun stabilitas lapisan ini bergantung pada konsentrasi borat pada permukaan logam. Pemanasan siklik menyebabkan ion borat bermigrasi atau mengendap, didorong oleh gradien suhu melalui lapisan batas. Jadi gradien konsentrasi dibuat dengan konsentrasi borat lebih tinggi pada larutan curah yang lebih dingin dan lebih rendah pada permukaan tabung yang dipanaskan. Gradien ini mengganggu kestabilan film pasif dan menyebabkan penipisan regional. Film pasif stabil bila konsentrasi borat di permukaan lebih dari 2%.

Mekanisme Perkembangan Gradien Konsentrasi Borat

Ion borat berdifusi menuju permukaan titanium yang panas selama pemanasan-kondisi stabil, namun difusi termal (efek Soret) mendorong ion tersebut menjauh dari permukaan yang panas. Hasil akhirnya adalah penipisan lapisan batas sehingga konsentrasi borat pada permukaan tabung 10-30% lebih rendah dibandingkan dalam larutan curah. Gradien konsentrasi berosilasi selama pemanasan siklik (siklus hidup-mati) . Saat siklus pemanas di luar permukaan mendingin dan ion borat berdifusi kembali ke permukaan, menghasilkan pasivasi sementara. Ketika pemanas berputar kembali, gradien terbentuk kembali dan permukaan menjadi terkuras. Penipisan dan pemulihan yang berulang-ulang ini memberikan tekanan pada film pasif, membuatnya retak dan mengelupas.

Stabilitas film pasif kuantitatif sehubungan dengan konsentrasi borat permukaan

Pengujian terkontrol dalam natrium borat 8% (konsentrasi massal) pada suhu 95 derajat dalam pemanasan siklik (1 jam hidup, 1 jam mati) telah mengkonfirmasi stabilitas lapisan pasif titanium Kelas 2 pada berbagai konsentrasi borat permukaan. Ketebalan film pasif untuk konsentrasi permukaan 4-5% (diperkaya) adalah 5-8 nm, film tetap stabil dan melekat, dan tidak ada lubang yang terbentuk setelah 1.000 siklus. Pada 3–4% (mendekati curah) ketebalannya 3–5 nm, lapisan cukup stabil dan lubang kadang-kadang terjadi setelah 500 siklus. Pada 2-3 % (penipisan sedang), ketebalannya 2-4 nm, retakan dan lubang film dimulai setelah 200-400 siklus. 1-2% (habis) dan film tidak stabil dengan lubang dalam 50-200 siklus, dengan ketebalan 1-3 nm. Di bawah 1% film pasif terurai sempurna dan korosi seragam terjadi pada 0,1-0,3 mm per tahun.

Pengaruh Konsentrasi Borat dan Frekuensi Siklus terhadap Penipisan Permukaan

Tingkat penipisan permukaan bergantung pada kandungan borat massal dan frekuensi siklus. Di bawah pemanasan siklik, konsentrasi permukaan minimal, 2-3% pada 4% borat curah. Pada 6% curah, konsentrasi permukaan adalah 3–4%, yang cukup stabil. Konsentrasi permukaan adalah 4–5% (stabil) pada 8% curah (nominal). Konsentrasi permukaan sangat stabil pada 5–6% untuk 10% curah. Pada 6 siklus per jam (10 menit hidup, 10 menit mati) konsentrasi permukaan 10–20% lebih rendah dibandingkan dengan 2 siklus per hari, karena lapisan batas tidak mempunyai waktu untuk pulih.

Pemanas Titanium - Panduan Konsentrasi Borat dan Manajemen Siklus

Tabel di bawah berisi rekomendasi konsentrasi borat curah dan parameter siklus untuk menjaga stabilitas film pasif pada titanium Kelas 2 pada 95 derajat.

Konsentrasi Borat Massal (%) Frekuensi Siklus Hidup/Mati% Perkiraan Borat Stabilitas Film Pasif Permukaan Tindakan yang Direkomendasikan
6 <2 cycles/day 3-4 Moderate Acceptable
6 > 6 siklus/jam 2–3 Peningkatan konsentrasi secara marginal
8 <2 cycles/day 4-5 Stable Optimal
8 >6 siklus/jam 3-4 Sedang Frekuensi siklus lebih rendah
10 Apa saja 5–6 Sangat stabil Disukai untuk bersepeda tingkat tinggi
12 Semua 6–7 Sangat stabil Lebih-spesifikasi tidak diperlukan
Rekayasa Tanpa Kontrol Konsentrasi

Tingkat titanium mempengaruhi stabilitas film pasif di bawah gradien konsentrasi. Grade 7 (paladium yang distabilkan) akan mempertahankan lapisan film yang stabil pada konsentrasi borat permukaan serendah 1,5% untuk margin keamanan yang lebih besar. Peningkatan Menengah – Kelas 12. Film pasif tidak terpengaruh oleh ketebalan dinding. Kecepatan pemanasan itu penting. Peningkatan lambat (1 derajat/menit) memberikan gradien konsentrasi yang lebih kecil dibandingkan peningkatan cepat (10 derajat/menit). Agitasi larutan (mixer atau pompa resirkulasi) mengurangi ketebalan lapisan batas dan meminimalkan gradien konsentrasi.

Spesifikasi Percaya Diri

For a titanium sheath heater in 8 % sodium borate at 95 °C with cyclic heating, the bulk borate concentration should be 8–10 % to have a surface concentration >4% saat bersepeda. Jika frekuensi siklus lebih tinggi dari 6 siklus per jam, naikkan konsentrasi curah menjadi 10%. Untuk pemanas yang ada dengan ketidakstabilan film pasif (misalnya, konsumsi daya tidak teratur atau lubang), tingkatkan kandungan borat hingga 10% atau kurangi frekuensi siklus. Pantau pH dan tambahkan natrium hidroksida jika pH berada di bawah 9 selama pengoperasian. Insinyur dapat menyesuaikan gradien konsentrasi borat dengan konsentrasi curah yang cukup dan menurunkan frekuensi siklus untuk memastikan film pasif yang stabil pada pemanas titanium.

info-717-483