Mengapa Pemanas Titanium Gagal karena Penipisan Seragam dalam Asam Format Terkonsentrasi tetapi dengan Lubang Terlokalisasi dalam Asam Format Encer (5%)?

Misalnya, penyebab kegagalan pemanas perendaman titanium dalam layanan asam format sangat bervariasi menurut konsentrasi asam, yang penting bagi teknisi proses saat memilih pemanas. 2. Titanium kelas 2 dalam asam format pekat (85-99%) terkorosi secara seragam melalui pengenceran, dengan laju korosi terukur dan dapat diprediksi sehingga memungkinkan pemilihan ketebalan dinding berdasarkan batas korosi. Pada asam format 5-10%, tingkatan titanium yang sama dapat rusak karena lubang terlokalisasi, suatu serangan cepat dan tak terduga yang dapat menembus dinding dalam hitungan bulan sedangkan laju korosi biasanya menunjukkan masa pakai yang lama. Perbedaan yang diamati ini disebabkan oleh efek berlawanan dari konsentrasi asam pada stabilitas film pasif, evolusi hidrogen dan pembentukan kompleks titanium format terlarut. Pengetahuan tentang mekanisme kegagalan yang bergantung pada konsentrasi ini memungkinkan insinyur untuk memilih ketebalan dinding yang tepat dan strategi inspeksi untuk setiap rentang konsentrasi.

Ketergantungan Mekanisme Kegagalan Elektrokimia pada Konsentrasi
Low water concentration in concentrated formic acid (>70%) mengurangi konduktivitas ionik sehingga memperlambat laju korosi elektrokimia. Mekanisme korosi yang utama adalah penguraian kimiawi lapisan pasif TiO2 oleh asam format dan selanjutnya dilakukan penipisan seragam. Produk korosinya, titanium format, dapat larut, namun produksinya terjadi dengan kecepatan yang teratur dan dapat diprediksi. Film pasif tidak hancur secara lokal dan tetap tidak pecah di seluruh permukaan.

In dilute formic acid (5-10%) there is enough water to facilitate electrochemical corrosion. The cathodic reaction is hydrogen evolution (2H+ + 2e- ->H2). Atom hidrogen diserap ke dalam kisi titanium menghasilkan titanium hidrida rapuh (TiHx) pada batas butir dan inklusi. Volumenya diperluas oleh retakan lokal pada film pasif akibat pembentukan hidrida. Titanium yang terbuka di area yang rusak dengan cepat larut dalam asam format. Ini adalah serangan terbatas pada lokasi yang terpisah dan bukan penipisan yang seragam, yaitu lubang yang dalam-. Laju perambatan lubang adalah 10 hingga 50 kali lebih besar dibandingkan laju korosi seragam yang dinilai berdasarkan penurunan berat badan.

Pengukuran Konsentrasi Asam Format Laju Korosi dan Cara Kegagalan
Asam Format (% berat)Suhu (C)Mode kegagalan dominan Laju korosi (mm/tahun)Waktu hingga Perforasi (dinding 1,5 mm)Prediktabilitas 99% (gletser) 50%Penipisan seragam 0.03-0.08 19-50 tahunTinggi (diperkirakan)
99% 100 Penjarangan merata 0.15-0.30 5-10 tahunTinggi 85% 80 Penjarangan, seragam 0,10–0.20 7.5–15 tahun50% Tinggi 80Campur (seragam + sedikit lubang) 0.20-0.40 3.8-7.5 tahun Sedang
20% 80 Lubang Dominan 0,30-0,60 (rata-rata) 2,5-5 tahun (rata-rata) Rendah (tambang terbuka sebelumnya)
10% 80 Lubang parah 0,40 hingga 0,80 (rata-rata) 1,9 hingga 3,8 tahun (rata-rata)Sangat rendah (lubang dalam < 1 tahun)
5% 80 Lubang yang parah 0,50-1,00 (rata-rata) 1,5-3 tahun (rata-rata)Sangat rendah (lubang dalam 6-12 bulan)
1% 80 Penggetasan hidrogen + pitting 0.20 - 0.503–7,5 tahun tidak dapat diprediksi
Terlihat bahwa konsentrasi transisi kritis adalah sekitar 15-25 % asam format. Untuk nilai di atas 25%, penjarangan seragam mendominasi dan laju korosi mengikuti hubungan Arrhenius yang dapat diprediksi dengan suhu. Lubang yang mendominasi di bawah 15% dan laju korosi rata-rata merupakan prediktor yang buruk terhadap masa pakai sebenarnya, karena satu lubang dapat melubangi dinding sementara logam di sekitarnya sebagian besar tidak terkena serangan.

Panduan Berbasis Skenario untuk Memilih Konsentrasi Asam Format
Konsentrasi dan Suhu Asam FormatTitanium Kelas 2 Kesesuaian Persyaratan Pemeriksaan Strategi Desain
85–99%, < 80 derajat Dinding Standar Sangat Baik (1,5 mm). Perhitungan tunjangan korosi tingkat seragam. Pemeriksaan ketebalan tahunan sudah cukup.
Dapat diterima Peningkatan dinding (2,0–2,5 mm) 85–99%, 80–100 derajat Penipisan seragam yang dapat diprediksi. Periksa ketebalan dua kali setahun
50–70%, < 60 derajat Dinding 2,0 mm yang dapat diterima dengan batas korosi. Perhatikan lubang transisi. Survei ketebalan dan lubang setiap triwulan.
20-50%, suhu apa pun Peningkatan Marjinal ke Kelas 7 (paduan Pd) atau peningkatan dinding hingga 3,0 mmInspeksi lubang rutin (bulanan)
5–15%, suhu > 40 derajat Buruk Jangan gunakan Tingkat 2 Tentukan zirkonium atau tantalum Tingkat 7. N/A Tingkat 2 akan menjadi yang cepat.
< 5% ambientPoor Do not use titanum. Use PTFE lined or Hastalloy C-276 heater.Not relevant.
Solusi Rekayasa untuk Layanan Asam Format Encer
Ada tiga mitigasi untuk mengurangi risiko pitting ketika penggunaan asam format encer (5-15%) tidak dapat dihindari dan titanium Kelas 2 harus digunakan. Yang pertama adalah meningkatkan konsentrasi asam dengan menambahkan asam format pekat atau air evaporasi sehingga konsentrasi melebihi 20% dan mekanisme kegagalan menjadi pengenceran seragam. Mitigasi kedua adalah dengan menambahkan zat pengoksidasi (100–200 ppm Fe³⁺ atau Cu²⁺) ke dalam larutan, yang memindahkan potensi korosi ke area pasif dan menekan evolusi hidrogen, sehingga menurunkan produksi hidrida dan pitting. Mitigasi ketiga adalah menerapkan potensi proteksi katodik sebesar -0,8 V vs. SCE dengan anoda seng korban yang tidak memungkinkan potensi titanium mencapai wilayah evolusi hidrogen.

Kesimpulan : Asam format 5% (encer) Menyebabkan Pitting Terkonsentrasi; Penipisan Seragam
Dalam asam format pekat (85-99%) pemanas titanium gagal karena penipisan yang seragam. Kadar air yang rendah membatasi korosi elektrokimia sehingga menghasilkan kehilangan logam terukur yang dapat diprediksi. Dalam asam format encer (5%) terdapat cukup air untuk menyebabkan evolusi H, penyerapan atom H, produksi hidrida dan kerusakan lapisan pasif lokal yang menyebabkan pitting yang cepat dan tidak dapat diprediksi. Konsentrasi transisi kritis berada pada kisaran 15-25%. Penipisan konsisten di atas 25% mendominasi dan titanium Kelas 2 memberikan masa pakai yang cukup dengan ketahanan korosi yang memadai. Kelas 2 tidak disarankan jika pitting di bawah 15%. Saat menentukan pemanas titanium untuk tugas asam format, penyedia memerlukan konsentrasi asam yang tepat untuk memprediksi mode kegagalan dengan tepat dan menghitung toleransi korosi (untuk asam pekat) atau menawarkan peningkatan material (untuk asam encer).