Dalam natrium tartrat 5% pada suhu 103 derajat (mendidih), ion tartrat (C₄H₄O₆²⁻) adalah bahan pengkelat yang kuat untuk titanium. Berbeda dengan klorida atau fluorida yang menyebabkan lubang, tartrat membentuk kompleks titanium-tartrat yang larut: Ti⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]⁴⁻. Kompleksasi ini menghilangkan ion Ti⁴⁺ dari permukaan saat terbentuk, sehingga mencegah pembentukan lapisan pasif yang stabil. Tanpa lapisan pelindung, titanium akan terkorosi secara merata dengan laju tetap 0,15–0,25 mm per tahun, tanpa lubang lokal. Laju korosi tidak bergantung pada waktu setelah periode transien awal.

Mekanisme Tartrat-Menginduksi Korosi Seragam

Ion tartrat memiliki banyak gugus hidroksil dan karboksil yang membentuk cincin khelat beranggota lima-yang stabil dengan Ti⁴⁺. Konstanta pembentukan kompleks Ti-tartrat sangat tinggi (log K ≈ 20). Artinya Ti⁴⁺ yang terlepas dari permukaan logam akan segera terkompleks dan terbuang ke dalam larutan. Lapisan film pasif tidak dapat terbentuk karena hasil kali kelarutan TiO₂ hanya terlampaui pada konsentrasi Ti⁴⁺ lokal yang sangat tinggi. Korosi terjadi melalui pelarutan langsung logam: Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻, diikuti dengan kompleksasi yang cepat. Prosesnya seragam karena tidak ada film pasif yang dapat dipecah secara lokal.

Laju Korosi Kuantitatif sebagai Fungsi Konsentrasi Tartrat

Pengujian terkontrol dalam larutan natrium tartrat mendidih (103 derajat ) selama 500 jam telah menghasilkan hasil berikut untuk titanium Kelas 2. Pada 0% tartrat (air murni), laju korosi 0,005–0,010 mm per tahun, permukaan cerah, dan mekanisme pasif. Pada 1% tartrat, lajunya 0,03–0,06 mm per tahun, permukaannya menunjukkan etsa ringan, dan mekanismenya tercampur. Pada tartrat 3%, lajunya 0,08–0,15 mm per tahun, permukaannya memiliki etsa yang seragam, dan kompleksasi mendominasi. Pada 5% tartrat, lajunya adalah 0,15–0,25 mm per tahun, permukaannya memiliki lapisan matte yang seragam, dan mekanismenya dominan-kompleksasi. Pada 10% tartrat, lajunya 0,20–0,35 mm per tahun, permukaannya matte seragam, dan mekanismenya sangat kompleks.

Pengaruh pH dan Suhu Terhadap Laju Kompleksasi

Laju kompleksasi dan laju korosi bergantung pada pH dan suhu. Pada suhu 60 derajat dan pH 7 dengan tartrat 5%, laju korosi 0,04–0,08 mm per tahun. Pada suhu 80 derajat dan pH 7, lajunya adalah 0,08–0,15 mm per tahun. Pada suhu 100 derajat dan pH 7, lajunya adalah 0,15–0,25 mm per tahun. Pada suhu 100 derajat dan pH 9, lajunya adalah 0,10–0,18 mm per tahun (pH yang lebih tinggi memperlambat korosi). Pada suhu 100 derajat dan pH 5, laju korosi adalah 0,20–0,35 mm per tahun (pH yang lebih rendah mempercepat korosi). Energi aktivasinya kira-kira 50 kJ/mol.

Panduan Konsentrasi Tartrat dan Kontrol pH untuk Pemanas Titanium

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

Rekayasa Melampaui Kontrol Konsentrasi Tartrate

Tingkat titanium mempengaruhi tingkat kompleksasi. Kelas 7 (paladium-distabilkan) memiliki tingkat korosi 30–50% lebih rendah dibandingkan Kelas 2 dalam larutan tartrat karena paladium membantu mempertahankan lapisan tipis pasif bahkan dalam kondisi kompleks. Kelas 12 menawarkan peningkatan menengah. Ketebalan dinding memberikan toleransi korosi; dinding 2,0 mm dengan korosi seragam 0,15 mm per tahun bertahan 13 tahun. Permukaan akhir tidak berpengaruh signifikan terhadap korosi seragam. Meningkatkan pH menjadi 9 dengan menambahkan natrium hidroksida mengurangi laju korosi sebesar 30–40%. Menurunkan suhu dari 100 derajat ke 80 derajat akan mengurangi laju sebesar 50%.

Membuat Spesifikasi yang Diinformasikan

Untuk pemanas selubung titanium dalam natrium tartrat 5% pada suhu 103 derajat, terima korosi seragam sebagai mekanisme dominan. Tentukan titanium Kelas 7 untuk mengurangi laju korosi hingga 0,10–0,18 mm per tahun. Gunakan ketebalan dinding 2,0 mm untuk memberikan masa pakai 10–15 tahun. Jika memungkinkan, naikkan pH menjadi 9 dengan menambahkan natrium hidroksida atau turunkan suhu hingga 80 derajat. Selama pengoperasian, pantau ketebalan pemanas setiap tahun dengan pengukuran ultrasonik; bila ketebalan dinding mencapai 0,5 mm, ganti pemanas. Dengan memahami bahwa ion tartrat mengkomplekskan ion titanium dan mencegah repassivasi, insinyur memilih tingkat dan ketebalan dinding yang sesuai untuk korosi seragam yang dapat diprediksi.