Ketika Pemanas Selubung Titanium Digunakan untuk Merebus Larutan Natrium Tartrat 5% pada suhu 103 derajat, Mengapa Ion Tartrat Mengkomplekskan Ion Titanium dan Mencegah Repassivasi, Menyebabkan Korosi Seragam pada 0,2 mm per Tahun?

Dalam natrium tartrat 5%, ion tartrat (C₄H₄O₆²⁻) merupakan zat pengkhelat ampuh untuk titanium pada suhu 103 derajat (mendidih). Serangan pitting disebabkan oleh klorida dan fluorida, namun tartrat menyebabkan pembentukan kompleks titanium tartrat yang dapat larut: Ti⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]⁴⁻. Kompleksasi menghilangkan ion Ti 4+ dari permukaan saat terbentuk dan menghambat pembentukan film pasif yang stabil. Tanpa lapisan pelindung, titanium akan terkikis secara merata dengan kecepatan konstan 0,15 – 0,25 mm per tahun tanpa lubang lokal. Laju korosi bukan merupakan fungsi waktu setelah fase peralihan awal.

Mekanisme Tartrat-Menginduksi Korosi Seragam

Ion tartrat memiliki beberapa gugus hidroksil dan karboksil yang mampu membentuk cincin khelat beranggota lima yang stabil dengan Ti 4+ . log K~20). Konstanta pembentukan kompleks Ti-tartrat sangat tinggi. Artinya, setiap Ti⁴⁺ yang dilepaskan dari permukaan logam menjadi kompleks dan segera dimasukkan ke dalam larutan. Lapisan pasif tidak dapat tumbuh, karena hasil kali kelarutan TiO2 hanya terlampaui pada konsentrasi lokal Ti4+. yang sangat tinggi. Proses korosi didasarkan pada pelarutan langsung logam: Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻, diikuti dengan kompleksasi yang cepat. Karena tidak ada film pasif yang dapat diuraikan secara lokal, maka prosesnya seragam.

Laju Korosi Kuantitatif versus Konsentrasi Tartrat

Pengujian terkontrol dalam larutan natrium tartrat mendidih (103 derajat ) selama 500 jam telah menghasilkan hasil berikut untuk titanium Tingkat 2. Pada 0% tartrat (air murni) laju korosi 0,005–0,010 mm/tahun, permukaannya cerah dan mekanismenya pasif. Pada 1% tartrat, lajunya 0,03–0,06 mm per tahun, permukaannya menunjukkan etsa ringan dan mekanismenya tercampur. Pada 3% tartrat lajunya 0,08–0,15 mm/tahun, permukaannya menunjukkan etsa yang seragam dan kompleksasi merupakan proses yang umum terjadi. Dengan tartrat 5%, lajunya adalah 0,15–0,25 mm/tahun, permukaannya matte seragam, dan prosesnya dominan kompleksasi. 0.20-0.35 mm/tahun pada tartrat 10%, permukaannya matte merata, mekanisme kompleksasinya parah.

Pengaruh pH dan Suhu Terhadap Laju Kompleksasi

Laju kompleksasi dan laju korosi merupakan fungsi dari pH dan suhu. Laju korosi pada suhu 60 C, pH 7 dan tartrat 5% adalah 0,04-0,08 mm/tahun. Kecepatan pada suhu 80 derajat dan pH 7 adalah 0,08-0,15 mm/tahun. Kecepatannya adalah 0,15 hingga 0,25 mm/tahun pada 100 derajat dan pH 7. Kecepatannya adalah 0,10–0,18 mm per tahun pada 100 derajat dan pH 9 (pH yang lebih tinggi mengurangi korosi). Nilai pada 100 derajat, pH 5, 0,20–0,35 mm/tahun (pH yang lebih rendah meningkatkan laju korosi). Energi aktivasinya sekitar 50 kJ/mol.

Kontrol Konsentrasi Tartrat dan pH dalam Pemanas Titanium

Tabel berikut memberikan kondisi pengoperasian yang direkomendasikan untuk pemanas titanium Kelas 2 dan Kelas 7 dalam larutan natrium tartrat.

Konsentrasi Natrium Tartrat (%) Suhu (derajat) pH Tingkat 2 Laju Korosi (mm/thn) Laju Korosi (mm/tahun) Rekomendasi Tingkat 7<1 100 7 0.03–0.06 0.02–0.04 Acceptable 1–3 80 7 0.05–0.10 0.03–0.06 Acceptable 3–5 80 7 0.08–0.15 0.05–0.10 Use Grade 7 3–5 100 7 0.15–0.25 0.10–0.18 Use Grade 7 + thick wall
5-10 100 9 0.10-0.18 0.06-0.12 pH increase >10 Any Any >0.20 >0.12 Tidak direkomendasikan Rekayasa Di Luar Kendali Konsentrasi Tartrat

Tingkat titanium mempengaruhi tingkat kompleksasi. Tingkat korosi tingkat 7 (paladium yang distabilkan) adalah 30-50% lebih rendah dibandingkan tingkat korosi 2 dalam larutan tartrat, karena paladium menstabilkan lapisan pasif yang tipis bahkan dalam kondisi yang kompleks. Kelas 12 menunjukkan peningkatan sedang. Ketebalan dinding memberikan batas korosi dinding sebesar . 2 . 0 mm dengan korosi seragam 0 . 15 mm/tahun yang bertahan selama 13 tahun . Permukaan akhir mempunyai pengaruh yang kecil terhadap korosi yang seragam. Dengan meningkatkan pH menjadi 9 dengan natrium hidroksida, laju korosi berkurang sebesar 30–40%. Jika suhu diturunkan dari 100 derajat menjadi 80 derajat, maka lajunya dipotong setengahnya.

Mengembangkan spesifikasi yang terinformasi

Untuk pemanas selubung titanium mekanisme yang mendominasi harus diasumsikan sebagai korosi seragam dalam natrium tartrat 5% pada suhu 103 derajat. Gunakan titanium Kelas 7 untuk menurunkan laju korosi hingga 0,10–0,18 mm per tahun. Untuk masa pakai 10 hingga 15 tahun gunakan ketebalan dinding 2,0 mm. Naikkan pH menjadi 9 (jika memungkinkan) dengan natrium hidroksida atau turunkan suhu hingga 80C. Selama pengoperasian, ketebalan pemanas dipantau dengan pengukuran ultrasonik setahun sekali dan pemanas diganti ketika ketebalan dinding mencapai 0,5 mm. Insinyur menyadari bahwa ion tartrat memperumit ion titanium dan menghambat repassivasi, oleh karena itu mereka memilih tingkat dan ketebalan dinding yang tepat untuk memastikan korosi seragam yang dapat diprediksi.