Dalam Pemanas Perendaman Listrik Titanium untuk Larutan Natrium Dikromat 10% pada suhu 70 derajat, Mengapa Ion Kromium Heksavalen Tidak Mempasifkan Permukaan Titanium Meskipun Merupakan Pengoksidasi Kuat?

Natrium Dikromat (Na2Cr2O7) adalah larutan pengoksidasi kuat, 10% pada suhu 70 derajat. Kromium heksavalen (Cr⁶⁺) adalah oksidator kuat, memiliki potensial reduksi standar sebesar +1.33 V untuk Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺. Ion kromat digunakan untuk memasivasi beberapa logam, misalnya baja tahan karat. Namun, kromium heksavalen pada titanium tidak membentuk film pasif yang stabil. Ion kromium tidak dimasukkan ke dalam kisi titanium dioksida. Potensi oksidasi yang tinggi sebenarnya mendorong titanium ke daerah transpasif, mengakibatkan pelarutan film pasif secara terus menerus. Laju korosi titanium dalam natrium dikromat 10% pada suhu 70 derajat adalah 0,05-0,15 mm per tahun, yang lebih tinggi daripada banyak larutan klorida netral. Mekanisme Perilaku Titanium dalam Larutan Kromium Heksavalen Lapisan TiO2 yang stabil mempasifkan titanium. Dalam larutan dikromat, proses reduksi Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O terjadi pada permukaan titanium. Karena rapat arus pertukaran yang tinggi pada reaksi ini, potensial campuran titanium bergeser ke nilai yang lebih tinggi dari +1.0 V vs elektroda hidrogen konvensional. Dengan potensi mulia tersebut, titanium mencapai area transpasif di mana lapisan TiO 2 teroksidasi lebih lanjut menjadi spesies Ti 4+ yang dapat larut. Film pasif tidak stabil dan larut terus menerus. Ion kromat tidak membentuk senyawa tidak larut dengan titanium, yang dapat berfungsi sebagai lapisan penghalang, seperti yang terjadi pada besi dan kromium, di mana kromat menghasilkan oksida spinel pelindung. Laju Korosi Kuantitatif dan Karakterisasi Permukaan Perilaku korosi titanium Kelas 2 telah diverifikasi melalui pengujian terkontrol selama 1.000 jam pada suhu 70 derajat dalam 10% Na₂Cr₂O₇ sebagai: Laju korosi adalah 0,05–0,15 mm/tahun, yaitu. 5–15 kali lebih tinggi dibandingkan laju korosi pada air tawar pada suhu yang sama. Permukaannya berwarna kuning-coklat karena endapan krom oksida atau hidroksida. Investigasi spektroskopi fotoelektron sinar X-menunjukkan bahwa lapisan permukaan merupakan kombinasi TiO₂ dan Cr(OH)₃ yang berpori dan non-pelindung. Potensi sirkuit terbuka menjadi stabil di wilayah transpasif pada +0.6 hingga +0.9 V vs. Ag/AgCl . Tidak ada lubang yang terlihat namun terjadi penipisan yang seragam. Sebaliknya, laju korosi titanium kelas 2 dalam NaCl 3% pada suhu 70 derajat adalah 0,01–0,03 mm/tahun dengan potensial pasif sebesar +0.1 hingga +0.3 V. Pengaruh Konsentrasi dan Suhu terhadap Tingkat Keparahan Korosi Laju korosi meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi dikromat dan suhu. Laju korosi pada 5% Na2Cr2O7 dan 70 derajat adalah 0,03-0,08 mm per tahun. Pada 10% dan 70 derajat lajunya adalah 0,05-0,15 mm/tahun. Pada suhu 15% dan 70 derajat lajunya meningkat menjadi 0,08-0,20 mm/tahun. Pada 10% dan 50 derajat lajunya menurun menjadi 0,02–0,05 mm/tahun. Pada suhu 10% dan 90 derajat lajunya meningkat menjadi 0,10-0,25 mm/tahun. Angkanya adalah 0,15–0,35 mm per tahun pada 20% dan 90 derajat. Korosinya homogen tanpa lubang, karena pelarutan transpasif seragam di seluruh permukaan. Energi aktivasi untuk proses ini sekitar 40 kJ/mol yang menunjukkan kontrol kinetik dan difusi campuran. Perilaku korosi titanium dari berbagai tingkatan dalam larutan dikromat Tabel di bawah ini menunjukkan laju korosi beberapa tingkatan titanium dalam natrium dikromat 10% pada suhu 70 derajat selama 1.000 jam dan ciri-ciri lapisan pasifnya. Laju Korosi Tingkat Titanium (mm/tahun) Komposisi Film Permukaan Potensial Sirkuit Terbuka (V vs. Ag/AgCl) Lubang Teramati Tingkat 2 (murni komersial) 0,05-0,15 TiO2 + Cr(OH)3 (berpori)+0.6 hingga +0.9 Tidak Tingkat 7 (Ti-0,15Pd) 0,04–0,12 TiO2 + Cr(OH)3 + Pd +0.7 hingga +1.0 Tidak Ada Kadar 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) 0,06–0,18 TiO2 + Cr(OH)3 + MoO3 +0.5 hingga +0.8 Tidak Ada Kadar 5 (Ti-6Al-4V) 0,08–0,22 Oksida campuran +0.5 hingga +0.8 Tidak Ada Panduan Mitigasi dan Pemilihan Bahan untuk Layanan Dikromat Tabel berikut direkomendasikan untuk pemilihan pemanas titanium dan batas operasional untuk aplikasi yang memerlukan pemanasan larutan natrium dikromat. Konsentrasi Dikromat (%) Suhu (derajat) Tingkat Titanium yang Direkomendasikan Laju Korosi yang Diharapkan (mm/tahun) Umur yang Diharapkan (dinding 1,5 mm)<5 <50 Grade 2 <0.03 >10 years 50–70 5–10 0.05–0.12 3–5 years Grade 7 10–15 70 Grade 7 0.08–0.20 2–3 years >15 >70 Not recommended >0.20 <2 years Engineering Grade Selection Beyond Wall thickness provides a corrosion allowance . A 2.0 mm wall corrodes at a rate of 0.10 mm per year for 20 years . The tube surface finish has little effect on transpassive dissolution. The inclusion of chlorides in the dichromate solution, which may be due to the presence of dirty water, raises the corrosion rate by 2-3 times. The addition of sulphate ions has a small inhibitory effect. Deaeration of the solution for oxygen removal slows the cathodic process and reduces the corrosion rate by 30-50%. Choosing Wisely. For a titanium electric immersion heater in 10 % sodium dichromate at 70 °C, expect a corrosion rate of 0.05 to 0.15 mm per year for Grade 2 or 0.04 to 0.12 mm per year for Grade 7. Use a minimum wall thickness of 2.0 mm for a service life of 10 to 20 years. Dichromate solution can be diluted, or the working temperature lowered for higher concentrations or temperatures. During operation, check the heater for variations in electrical resistance that may indicate thinning. If the solution is polluted with chlorides, lower the temperature to 50 °C. The engineer, knowing that hexavalent chromium does not passivate titanium but transpassively dissolves it, chooses the proper wall thickness and grade for predictable service life in sodium dichromate solutions.