In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11, danner silikatet en kontinuerlig, ikke-porøs, beskyttende film med en tykkelse på 0,5–2 µm. Ved pH 9 er filmen porøs, sprukket og ikke-beskyttende, noe som lar klorid eller andre aggressive arter trenge inn og forårsake groper. Forskjellen oppstår fra polymerisasjonstilstanden til silikationer. Ved høy pH eksisterer silikat som monomere SiO44-ioner som danner en tett, glassaktig film. Ved lavere pH polymeriserer silikat til kolloidale kjeder som produserer en porøs, sprukket struktur.

Mekanismen for pH-avhengig silikatfilmdannelse

The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), favoriserer likevekten monomere ioner, som avsettes som en tett amorf silikafilm. Ved pH 9–10 polymeriserer ionene til -kjedelignende strukturer som skaper et porøst nettverk. Filmen inneholder også natriumioner, og danner et natriumsilikatglass. Den beskyttende kvaliteten bestemmes av tettheten til filmen og fraværet av mikro-sprekker.

Kvantitativ filmkvalitet som en funksjon av pH

Kontrollert testing i 10 % Na₂SiO₃ ved 80 grader over 500 timer har etablert følgende for grad 2 titan. Ved pH 8 er filmtykkelsen 0,1–0,3 µm, filmporøsiteten er høy, korrosjonshastigheten er 0,15–0,30 mm per år, og gropdannelse er tilstede. Ved pH 9 er tykkelsen 0,2–0,5 µm, porøsiteten er høy, korrosjonshastigheten er 0,08–0,20 mm per år, og gropdannelse er sporadisk. Ved pH 10 er tykkelsen 0,5–1,0 µm, porøsiteten er moderat, korrosjonshastigheten er 0,04–0,10 mm per år, og gropdannelse er sjelden. Ved pH 11 er tykkelsen 1,0–1,5 µm, porøsiteten er lav, korrosjonshastigheten er 0,02–0,05 mm per år, og det oppstår ingen gropdannelse. Ved pH 12 er tykkelsen 1,5–2,5 µm, porøsiteten er svært lav, korrosjonshastigheten er 0,01–0,03 mm per år, og det oppstår ingen gropdannelse. Ved pH 13 er tykkelsen 2,0–3,0 µm, porøsiteten er svært lav, korrosjonshastigheten er 0,005–0,015 mm per år, og det oppstår ingen gropdannelse.

Temperaturens påvirkning på pH-kravet

Minimum pH som kreves for en beskyttende film øker med temperaturen. Ved 60 grader er minimum pH 10,5, og anbefalt pH er 11,0. Ved 80 grader er minimum 11,0, og anbefalt er 11,5. Ved 100 grader er minimum 11,5, og anbefalt er 12,0. Ved 120 grader er minimum 12,0, og anbefalt er 12,5. Høyere temperaturer fremmer silikatpolymerisasjon, noe som krever en høyere pH for å opprettholde den monomere tilstanden.

pH-kontrollveiledning for natriummetasilikattjeneste

Tabellen nedenfor gir anbefalinger for pH-kontroll for å opprettholde en beskyttende silikatfilm på grad 2 titanvarmere i 10 % natriummetasilikat ved 80 grader.

Engineering Beyond pH Control

Titankvaliteten påvirker den nødvendige pH. Grad 7 (palladium-stabilisert) danner en beskyttende silikatfilm ved pH 10,5–11,0, litt lavere enn grad 2. Grade 12 har lignende oppførsel som grad 2. Veggtykkelse gir et korrosjonstillegg hvis filmen ikke er fullstendig beskyttende. Silikatkonsentrasjonen påvirker filmdannelse; ved 5% Na2SiO3 er den nødvendige pH 11,5. Ved 15 % Na2SiO3 er den nødvendige pH 10,5. Tilstedeværelsen av klorider (fra urenheter) øker den nødvendige pH med 0,5–1,0 enheter. Løsningen bør overvåkes med et pH-meter som er kalibrert for løsninger med høy-pH.

Lage en informert spesifikasjon

For en ovn i titan i 10 % natriummetasilikat ved 80 grader, hold pH over 11,0 ved å tilsette natriumhydroksid. Installer en pH-kontroller med alarm satt til 10,8 og forrigling på 10,5. For eksisterende systemer med pH under 11, tilsett NaOH for å øke pH til 11,5. Hvis pH ikke kan heves, bruk grad 7 titan eller reduser temperaturen til 60 grader. Under drift, inspiser varmeoverflaten for gropdannelse; hvis det observeres pitting, øk pH umiddelbart. Ved å kontrollere pH over 11, sikrer ingeniøren dannelsen av en beskyttende, ikke{13}}porøs silikatfilm på titan.