In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11, silikat membentuk lapisan pelindung yang kontinu, tidak berpori, dengan ketebalan 0,5–2 µm. Pada pH 9, film tersebut berpori, retak, dan tidak-melindungi, memungkinkan klorida atau spesies agresif lainnya menembus dan menyebabkan lubang. Perbedaannya timbul dari keadaan polimerisasi ion silikat. Pada pH tinggi, silikat berbentuk ion SiO₄⁴⁻ monomer yang membentuk lapisan kaca padat. Pada pH lebih rendah, silikat berpolimerisasi menjadi rantai koloid yang menghasilkan struktur berpori dan retak.

Mekanisme Pembentukan Film Silikat Bergantung pH-

The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), kesetimbangan mendukung ion monomer, yang disimpan sebagai film silika amorf padat. Pada pH 9–10, ion berpolimerisasi menjadi struktur seperti rantai yang menciptakan jaringan berpori. Film ini juga menggabungkan ion natrium, membentuk gelas natrium silikat. Kualitas perlindungan ditentukan oleh kepadatan film dan tidak adanya retakan mikro.

Kualitas Film Kuantitatif sebagai Fungsi pH

Pengujian terkontrol dalam 10% Na₂SiO₃ pada suhu 80 derajat selama 500 jam telah menghasilkan hal berikut untuk titanium Kelas 2. Pada pH 8, ketebalan film adalah 0,1–0,3 µm, porositas film tinggi, laju korosi 0,15–0,30 mm per tahun, dan terdapat lubang. Pada pH 9, ketebalannya 0,2–0,5 µm, porositasnya tinggi, laju korosinya 0,08–0,20 mm per tahun, dan pitting jarang terjadi. Pada pH 10, ketebalannya 0,5–1,0 µm, porositasnya sedang, laju korosinya 0,04–0,10 mm per tahun, dan pitting jarang terjadi. Pada pH 11, ketebalannya 1,0–1,5 µm, porositasnya rendah, laju korosi 0,02–0,05 mm per tahun, dan tidak terjadi pitting. Pada pH 12, ketebalannya 1,5–2,5 µm, porositas sangat rendah, laju korosi 0,01–0,03 mm per tahun, dan tidak terjadi pitting. Pada pH 13, ketebalannya 2,0–3,0 µm, porositas sangat rendah, laju korosi 0,005–0,015 mm per tahun, dan tidak terjadi pitting.

Pengaruh Suhu terhadap Kebutuhan pH

PH minimum yang diperlukan untuk film pelindung meningkat seiring suhu. Pada suhu 60 derajat, pH minimum adalah 10,5, dan pH yang disarankan adalah 11,0. Pada 80 derajat, minimumnya adalah 11.0, dan yang direkomendasikan adalah 11.5. Pada 100 derajat, minimumnya adalah 11,5, dan yang direkomendasikan adalah 12,0. Pada 120 derajat, minimumnya adalah 12,0, dan yang direkomendasikan adalah 12,5. Temperatur yang lebih tinggi mendorong polimerisasi silikat, sehingga memerlukan pH yang lebih tinggi untuk mempertahankan keadaan monomer.

Panduan Kontrol pH untuk Layanan Natrium Metasilikat

Tabel berikut memberikan rekomendasi untuk kontrol pH guna mempertahankan lapisan silikat pelindung pada pemanas titanium Kelas 2 dalam natrium metasilikat 10% pada suhu 80 derajat.

Rekayasa Melampaui Kontrol pH

Tingkat titanium mempengaruhi pH yang dibutuhkan. Kelas 7 (paladium-distabilkan) membentuk film silikat pelindung pada pH 10,5–11,0, sedikit lebih rendah dari Kelas 2. Kelas 12 menawarkan perilaku serupa dengan Kelas 2. Ketebalan dinding memberikan toleransi korosi jika film tersebut tidak sepenuhnya melindungi. Konsentrasi silikat mempengaruhi pembentukan film; pada 5% Na₂SiO₃, pH yang dibutuhkan adalah 11,5. Pada 15% Na₂SiO₃, pH yang dibutuhkan adalah 10,5. Kehadiran klorida (dari pengotor) meningkatkan pH yang dibutuhkan sebesar 0,5–1,0 unit. Solusinya harus dipantau dengan pengukur pH yang dikalibrasi untuk larutan dengan pH tinggi.

Membuat Spesifikasi yang Diinformasikan

Untuk pemanas perendaman titanium dalam natrium metasilikat 10% pada suhu 80 derajat, pertahankan pH di atas 11,0 dengan menambahkan natrium hidroksida. Pasang pengontrol pH dengan alarm disetel pada 10,8 dan interlock pada 10,5. Untuk sistem yang sudah ada dengan pH di bawah 11, tambahkan NaOH untuk menaikkan pH menjadi 11,5. Jika pH tidak dapat dinaikkan, gunakan titanium Grade 7 atau turunkan suhu hingga 60 derajat. Selama pengoperasian, periksa permukaan pemanas apakah ada lubang; jika terlihat lubang, segera naikkan pH. Dengan mengontrol pH di atas 11, teknisi memastikan terbentuknya lapisan silikat yang tidak berpori dan protektif pada titanium.