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 hva skjer ved pH 9?
Legg igjen en beskjed
I løsninger av natriummetasilikat (Na₂SiO₃) ved 80 grader polymeriserer silikationer på titanoverflater. Ved pH-verdier over 11 dannes en kontinuerlig, ikke-porøs, beskyttende film med en tykkelse på 0,5–2 µm fra silikatet. Ved pH 9 er belegget porøst, oppsprukket og ikke-beskyttende og tillater penetrering av klorid eller andre aggressive arter og groper. Avviket skyldes polymerisasjonstilstanden til silikationene. Ved høy pH opptrer silikat som monomere SiO4⁴⁻-ioner, som skaper et tett glassaktig lag. Ved lav pH polymeriserer silikatet for å gi kolloidale kjeder som gir en porøs frakturert struktur.
Mekanismen for pH-avhengig silikatfilmdannelse
The polymerization of silicate ions SiO4 4- + H2O HSiO4 3- + OH- At high pH (>11) likevekten beveger seg til monomere ioner som avsettes som et tykt amorft silikalag. Ved pH 9-10 polymeriserer ionene til kjedelignende strukturer som bygger opp et porøst nettverk. Filmen bruker også natriumioner for å lage et natriumsilikatglass. Beskyttelsesevnen er definert av tettheten til filmen og fraværet av mikrosprekker.
Kvantitativ filmkvalitet som en funksjon av pH.
Følgende er etablert for grad 2 titan ved kontrollert testing i 10% Na2SiO3 ved 80 grader i 500 timer: Ved pH 8 er tykkelsen på filmen 0,1-0,3 µm, porøsiteten til filmen er betydelig, korrosjonshastigheten er 0,15-0,30 mm per år og pitting. 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 moderat, korrosjonshastigheten 0,04–0,10 mm/år og gropdannelse er sjelden. Ved pH 11 er tykkelsen 1,0–1,5 µm, porøsiteten er minimal, korrosjonshastigheten er 0,02–0,05 mm/år og gropdannelse er fraværende. Tykkelsen er 1,5-2,5 μm, porøsiteten er svært lav, korrosjonshastigheten er 0,01-0,03 mm/år og det oppstår ingen gropdannelse ved pH 12. Ved pH 13 er tykkelsen 2,0–3,0 μm, porøsiteten er svært lav, korrosjonshastigheten er 5 mm, 0100 pitting er observert. .
Effekt av temperatur på pH-krav
Den kritiske pH-verdien for beskyttelsesfilmen er temperaturavhengig. Minimum pH er 10,5 ved 60 o C mens den foreslåtte pH er 11,0. Ved 80 grader er minimum 11,0 og anbefalt 11,5. Minimum er 11,5 ved 100 grader og det foreslåtte er 12,0. Minimum er 12,0 og anbefalt er 12,5 ved 120 grader C. høyere temperaturer favoriserer silikatpolymerisering og krever derfor høyere pH for å holde silikater i monomer form.
Sodium Metasilicate Service pH-kontrollveiledning
Tabellen nedenfor er en veiledning for pH-kontroll for å opprettholde en beskyttende silikatfilm på grad 2 titanvarmere i 10 % natriummetasilikat ved 80 grader.
pH of Operation Film Quality Corrosion Rate (mm/year)Pitting Risk Recommended Action >11 Beskyttende<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 Ikke-beskyttende 0,15–0,30 High Redesign-løsning<8 Unstable >0.30 Alvorlig Ikke akseptabelt
Engineering over pH-kontroll
Den nødvendige pH er diktert av titankvaliteten. Grad 7 (palladium-stabilisert) genererer et beskyttende silikatbelegg ved pH 10,5 til 11,0, noe lavere enn grad 2. Grade 2 er det samme som grad 12. Veggtykkelse gir et korrosjonstillegg hvis filmen ikke er absolutt beskyttende. Filmdannelsen påvirkes av silikatinnholdet . 5% av Na 2 SiO 3 krever en pH på 11,5. Ved 15 % Na2SiO3 er den nødvendige pH 10,5. Klorider (fra urenheter) øker pH-kravet med 0,5 til 1,0 pH-enhet. Et pH-meter kalibrert for høy pH bør brukes for å overvåke løsningen.
Lage en spesifikasjon med kunnskap
Tilsett natriumhydroksid for å opprettholde pH over 11,0 for en titan-dykkvarmer i 10 % natriummetasilikat ved 80 grader. Installer en pH-kontroller med alarm på 10,8 og forrigling på 10,5. Tilsett NaOH til eksisterende systemer med pH under 11 for å heve pH til 11,5. Hvis pH ikke kan økes, bruk grad 7 titan eller senk temperaturen til 60 grader. Sjekk for gropdannelser på varmeovnens overflate under drift. Øk pH umiddelbart hvis du ser groper. Ingeniøren holder pH over 11 for å utvikle et beskyttende, ikke{14}}porøst silikatbelegg på toppen av titan.
