When a Titanium Immersion Heater Is Installed in a 10% Sodium Metasilicate Solution at 80°C, Why Does the Silicate Ion Form a Protective, Non-Porous Film Only at pH >11, og hvað gerist við pH 9?

Í lausnum af natríummetasilíkati (Na₂SiO₃) við 80 gráður fjölliðast silíkatjónir á títaníum yfirborði. Við pH gildi yfir 11 myndast samfelld, ó-gjúp, hlífðarfilma með 0,5–2 µm þykkt úr silíkatinu. Við pH 9 er húðunin gljúp, brotin og ekki-verndandi og gerir það kleift að komast í gegnum klóríð eða aðrar árásargjarnar tegundir og holur. Misræmið stafar af fjölliðunarástandi silíkatjónanna. Við hátt pH kemur silíkat fram sem einliða SiO4⁴⁻ jónir, sem mynda þétt glerkennt lag. Við lágt pH fjölliðar silíkatið til að mynda kvoðukeðjur sem gefa af sér gljúpa brotna uppbyggingu.

Mechanism of pH-háð sílíkatfilmumyndun

The polymerization of silicate ions SiO4 4- + H2O HSiO4 3- + OH- At high pH (>11) jafnvægið færist yfir í einliða jónir sem setja út sem þykkt myndlaust kísillag. Við pH 9-10 fjölliða jónirnar í keðjulíkar byggingar sem byggja upp gljúpt net. Myndin notar einnig natríumjónir til að búa til natríumsílíkatgler. Hæfni til verndar er skilgreind af þéttleika filmunnar og fjarveru örsprungna.

Megindleg kvikmyndagæði sem virkni pH.

Eftirfarandi hefur verið ákvarðað fyrir 2. stigs títan með stýrðri prófun í 10% Na2SiO3 við 80 gráður í 500 klukkustundir: Við pH 8 er þykkt filmunnar 0,1-0,3 µm, porosity filmunnar er umtalsvert, tæringarhraði er 0,15-0,30 mm á ári. Við pH 9 er þykktin 0,2–0,5 µm, porosity er hátt, tæringarhraði er 0,08–0,20 mm á ári og gryfja er einstaka sinnum. Við pH 10 er þykktin 0,5–1,0 µm, gropið í meðallagi, tæringarhraði 0,04–0,10 mm/ári og gryfjun sjaldgæf. Við pH 11 er þykktin 1,0–1,5 µm, porosity er í lágmarki, tæringarhraði er 0,02–0,05 mm/ári og gryfjun er engin. Þykktin er 1,5-2,5 μm, gropið er mjög lágt, tæringarhraði er 0,01-0,03 mm/ári og engin gryfjun á sér stað við pH 12. Við pH 13 er þykktin 2,0–3,0 μm, gropið er mjög lágt, tæringarhraði er 5 mm/ár, engin pitting sést. .

Áhrif hitastigs á pH-kröfu

Mikilvæga pH-gildið fyrir hlífðarfilmuna er háð hitastigi. Lágmarks pH er 10,5 við 60 o C en ráðlagt pH er 11,0. Við 80 gráður er lágmarkið 11,0 og ráðlagt 11,5. Lágmarkið er 11,5 við 100 gráður og ráðlagt er 12,0. Lágmarkið er 12,0 og ráðlagt er 12,5 við 120 gráður C. hærra hitastig stuðlar að sílíkatfjölliðun og þarf því hærra pH til að halda silíkötum í einliða formi.

Natríummetasílíkatþjónusta pH Control Guide

Taflan hér að neðan er leiðbeiningar um pH-stjórnun til að viðhalda verndandi silíkatfilmu á 2. stigs títanhitara í 10% natríummetasilíkati við 80 gráður.

pH of Operation Film Quality Corrosion Rate (mm/year)Pitting Risk Recommended Action >11 Hlífðar<0.05 None None 10–11 Marginal 0.05–0.10 Low Increase pH with NaOH 9–10 Poor, porous 0.10–0.20 Moderate Add NaOH to increase to >11 8–9 Ó-verndandi 0.15–0.30 High Redesign lausn<8 Unstable >0.30 Alvarlegt Ekki ásættanlegt
Verkfræði yfir pH Control

Nauðsynlegt pH ræðst af títangráðunni. Gráða 7 (palladíum-stöðugt) myndar verndandi silíkathúð við pH 10,5 til 11,0, nokkru lægra en gráðu 2. Gráða 2 er sú sama og gráðu 12. Veggþykktin gefur tæringarhlunnindi ef filman er ekki algerlega verndandi. Filmumyndunin er undir áhrifum af sílíkatinnihaldi. 5% Na 2 SiO 3 þarf pH 11,5. Við 15% Na2SiO3 er nauðsynlegt pH 10,5. Klóríð (úr óhreinindum) hækka pH-kröfuna um 0,5 til 1,0 pH-einingu. Nota skal pH-mæli sem er kvarðaður fyrir hátt pH til að fylgjast með lausninni.

Gerðu sérstakt með þekkingu

Bætið við natríumhýdroxíði til að halda pH yfir 11,0 fyrir títaníumdýfingarhitara í 10% natríummetasilíkati við 80 gráður. Settu upp pH stjórnandi með viðvörun á 10,8 og samlæsingu við 10,5. Bætið NaOH við núverandi kerfi með pH undir 11 til að hækka pH í 11,5. Ef ekki er hægt að hækka pH skaltu nota títan af gráðu 7 eða lækka hitastigið í 60 gráður. Athugaðu hvort hola sé á yfirborði hitarisins meðan á notkun stendur. Hækkið sýrustigið strax ef hola sést. Verkfræðingur heldur pH yfir 11 til að þróa verndandi, ó-gjúpa silíkathúð ofan á títan.