Asam nitrat adalah lingkungan pengoksidasi kuat dimana titanium menunjukkan ketahanan korosi yang sangat baik pada rentang potensial yang luas. Film pasif tetap stabil dari sekitar 0V hingga lebih dari 1,8V vs. SCE. Namun, kontaminasi karbon permukaan-yang ditimbulkan selama penarikan, pembengkokan, atau pengelasan tabung dari sisa pelumas, cairan pendingin, atau tinta penanda-secara drastis mempersempit kisaran pasivasi ini. Residu karbon terurai pada suhu tinggi, membentuk kondisi reduksi lokal pada permukaan titanium. Daerah tereduksi ini tidak dapat mempertahankan lapisan pasif TiO₂, sehingga menggeser potensi lokal ke dalam rezim korosi aktif. Hasilnya adalah serangan yang dipercepat, biasanya bermanifestasi sebagai pita tergores atau area berlubang yang sesuai dengan pola kontaminasi. Memahami mekanisme ini penting untuk layanan asam nitrat di mana keandalan pemanas bergantung pada permukaan pasif yang bersih dan seragam.

Mekanisme Karbon-Menginduksi Penghancuran Pasifitas

Pelumas manufaktur biasanya mengandung hidrokarbon, parafin terklorinasi, asam lemak, dan aditif-tekanan ekstrem. Selama penanganan normal, lapisan tipis senyawa ini tetap berada di permukaan titanium bahkan setelah proses degreasing. Ketika pemanas direndam dalam asam nitrat panas (misalnya, 40–65% HNO₃ pada suhu 80–100 derajat ), terjadi dua efek. Pertama, asam nitrat mengoksidasi residu karbon, menghasilkan karbon dioksida dan air. Namun, di daerah tertentu yang karbonnya kental, oksidasi parsial menghasilkan karbon monoksida dan asam organik. Produk-produk ini mengonsumsi asam nitrat secara lokal dan menurunkan potensi oksidasi. Kedua, oksidasi karbon eksotermik meningkatkan suhu permukaan lokal, mempercepat dekomposisi asam nitrat menjadi nitrogen oksida. Kombinasi berkurangnya daya oksidasi lokal dan peningkatan suhu menciptakan lingkungan mikro di mana potensi permukaan titanium turun di bawah ambang pasivasi (kira-kira 0,2V vs. SCE). Korosi aktif dimulai di lokasi yang-terkontaminasi karbon ini, membentuk lubang atau parit.

Pengurangan Kuantitatif dalam Rentang Pasifasi dari Kontaminasi Karbon

Pengujian elektrokimia terkontrol dalam 50% HNO₃ pada suhu 85 derajat telah menetapkan rentang pasivasi berikut untuk titanium Kelas 2 dengan tingkat karbon permukaan yang bervariasi:

permukaan bersih (<0.1 mg/cm² carbon, properly degreased and acid pickled): Passivation range from 0.1V to >2.0V vs.SCE. Laju korosi di bawah 0,01 mm per tahun di seluruh potensi praktis. Tidak ada pitting setelah 1.000 jam.

Kontaminasi ringan (karbon 0,1–0,5 mg/cm², umumnya terjadi pada single degreasing pass): Kisaran pasivasi dikurangi menjadi 0,2–1,6V vs. SCE. Pada potensi di atas 1,6V (khas untuk asam nitrat pekat), penguraian lokal dimulai di lokasi karbon. Kedalaman lubang 20–50 µm setelah 500 jam.

Kontaminasi sedang (0,5–2,0 mg/cm² karbon, dari sisa pelumas): Kisaran pasivasi selanjutnya dikurangi menjadi 0,3–1,2V vs. SCE. Di atas 1.2V, korosi aktif terjadi di lokasi yang terkontaminasi. Laju korosi pada titik karbon 0,5–1,0 mm per tahun. Pitting menembus dinding 1,0 mm dalam waktu 500–1.000 jam.

Heavy contamination (>2,0 mg/cm² karbon, noda atau sidik jari terlihat): Kisaran pasivasi menyempit menjadi 0,4–0,8V vs. SCE. Pada potensi asam nitrat yang khas (1,0–1,4V), permukaan secara aktif terkorosi di daerah yang terkontaminasi. Serangan lokal yang cepat dengan tingkat penetrasi melebihi 2 mm per tahun.

Panduan Pengendalian Kontaminasi Karbon untuk Layanan Asam Nitrat

Tabel berikut memberikan kerangka keputusan untuk menentukan prosedur pembersihan berdasarkan konsentrasi asam nitrat dan suhu pengoperasian:

Rekayasa Melampaui Penghapusan Karbon Saja

Ketebalan dinding tabung memberikan faktor keamanan setelah terjadi lubang-yang disebabkan oleh karbon. Dinding berukuran 1,5 mm dengan kontaminasi ringan dapat bertahan 1.000 jam sebelum penetrasi lubang, sedangkan dinding berukuran 0,8 mm akan rusak dalam waktu 300 jam. Tingkatan logam dasar juga mengubah kerentanan: Titanium tingkat 7 (0,15% Pd) menunjukkan rentang pasivasi yang lebih luas pada permukaan yang bersih namun menunjukkan penyempitan serupa yang disebabkan oleh karbon. Oleh karena itu, penambahan paladium tidak mengkompensasi buruknya pembersihan. Lokasi yang paling rentan adalah zona yang terkena panas-lasan, tempat pelumas gambar dapat terpanggang ke permukaan selama pengelasan. Pembersihan pasca-pengelasan dengan sikat kawat baja tahan karat (khusus untuk titanium) menghilangkan kontaminasi karbon dari lasan. Penanganan setelah pembersihan harus menggunakan sarung tangan berbahan katun yang bersih untuk mencegah minyak sidik jari yang mengandung karbon dan klorida.

Membuat Spesifikasi yang Diinformasikan

Saat menentukan pemanas listrik titanium untuk layanan asam nitrat, sertakan persyaratan kebersihan permukaan dalam spesifikasi pengadaan. Mewajibkan semua komponen titanium mengalami degreased basa diikuti dengan pengawetan asam (20% HNO₃ + 2% HF selama 5 menit, lalu dibilas seluruhnya). Untuk asam nitrat pekat di atas 70% pada suhu tinggi, tentukan agar pemasok melakukan uji verifikasi pasivasi: rendam kupon yang mewakili dalam asam nitrat yang dimaksud pada suhu pengoperasian selama 24 jam, kemudian periksa secara mikroskopis apakah ada lubang. Selama commissioning, isi sistem dengan 20% HNO₃ pada suhu 50 derajat dan sirkulasikan selama 2 jam untuk mempasifkan semua permukaan dan menghilangkan sisa karbon. Pantau warna asam nitrat; perubahan warna kuning menunjukkan pembentukan nitrogen oksida dari oksidasi karbon, menandakan pembersihan yang tidak memadai. Dengan mengendalikan kontaminasi karbon permukaan sebagai parameter penting, teknisi memastikan bahwa pemanas titanium mencapai rentang pasivasi penuh dan memberikan layanan yang andal dalam lingkungan asam nitrat yang sangat teroksidasi.