I 5 % natriumtartrat ved 103 grader (kokende), er tartrationet (C₄H₄O₆²⁻) et sterkt chelateringsmiddel for titan. I motsetning til klorid eller fluor som forårsaker pitting, danner tartrat løselige titan-tartratkomplekser: Ti⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]⁴⁻. Denne kompleksdannelsen fjerner Ti⁴⁺-ioner fra overflaten etter hvert som de dannes, og forhindrer dannelsen av en stabil passiv film. Uten en beskyttende film korroderer titanet jevnt med en jevn hastighet på 0,15–0,25 mm per år, uten lokalisert gropdannelse. Korrosjonshastigheten er uavhengig av tid etter en innledende forbigående periode.

Mechanism of Tartrat-Indusert jevn korrosjon

Tartrationer har flere hydroksyl- og karboksylgrupper som danner stabile fem-leddede chelatringer med Ti⁴⁺. Formasjonskonstanten for Ti-tartratkomplekset er svært høy (log K ≈ 20). Dette betyr at eventuell Ti4+ som frigjøres fra metalloverflaten umiddelbart blir kompleksdannet og fjernet til løsning. Den passive filmen kan ikke bygges opp fordi løselighetsproduktet til TiO2 kun overskrides ved svært høye lokale Ti4+-konsentrasjoner. Korrosjonen fortsetter ved direkte oppløsning av metallet: Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻, etterfulgt av rask kompleksdannelse. Prosessen er jevn fordi det ikke er noen passiv film som kan brytes ned lokalt.

Kvantitativ korrosjonshastighet som en funksjon av tartratkonsentrasjon

Kontrollert testing i kokende natriumtartratløsninger (103 grader) over 500 timer har etablert følgende for grad 2 titan. Ved 0 % tartrat (rent vann) er korrosjonshastigheten 0,005–0,010 mm per år, overflaten er lys, og mekanismen er passiv. Ved 1 % tartrat er hastigheten 0,03–0,06 mm per år, overflaten viser lett etsning, og mekanismen er blandet. Ved 3 % tartrat er hastigheten 0,08–0,15 mm per år, overflaten har jevn etsning, og kompleksdannelse dominerer. Ved 5 % tartrat er hastigheten 0,15–0,25 mm per år, overflaten har en jevn, matt finish, og mekanismen er{19}}dominerende. Ved 10 % tartrat er hastigheten 0,20–0,35 mm per år, overflaten er jevnt matt, og mekanismen er alvorlig kompleksdannelse.

Påvirkning av pH og temperatur på komplekseringshastighet

Komplekseringshastigheten og korrosjonshastigheten avhenger av pH og temperatur. Ved 60 grader og pH 7 med 5 % tartrat er korrosjonshastigheten 0,04–0,08 mm per år. Ved 80 grader og pH 7 er hastigheten 0,08–0,15 mm per år. Ved 100 grader og pH 7 er hastigheten 0,15–0,25 mm per år. Ved 100 grader og pH 9 er hastigheten 0,10–0,18 mm per år (høyere pH bremser korrosjon). Ved 100 grader og pH 5 er hastigheten 0,20–0,35 mm per år (lavere pH akselererer korrosjon). Aktiveringsenergien er omtrent 50 kJ/mol.

Tartratkonsentrasjon og pH-kontrollveiledning for titanvarmere

Følgende tabell gir anbefalinger for driftsforhold for grad 2 og grad 7 titaniumvarmere i natriumtartratløsninger.

Engineering Beyond Tartrat Concentration Control

Titankvaliteten påvirker kompleksdannelseshastigheten. Grad 7 (palladium-stabilisert) har 30–50 % lavere korrosjonshastighet enn grad 2 i tartratløsninger fordi palladium bidrar til å opprettholde en tynn passiv film selv under kompleksdannende forhold. Karakter 12 tilbyr middels forbedring. Veggtykkelse gir et korrosjonsgodtgjørelse; en 2,0 mm vegg med 0,15 mm per år jevn korrosjon varer 13 år. Overflatefinishen har ingen signifikant effekt på jevn korrosjon. Å øke pH til 9 ved å tilsette natriumhydroksid reduserer korrosjonshastigheten med 30–40 %. Ved å redusere temperaturen fra 100 grader til 80 grader reduseres hastigheten med 50 %.

Lage en informert spesifikasjon

For en titankappevarmer i 5 % natriumtartrat ved 103 grader, aksepter jevn korrosjon som den dominerende mekanismen. Spesifiser Grade 7 titanium for å redusere korrosjonshastigheten til 0,10–0,18 mm per år. Bruk en veggtykkelse på 2,0 mm for å gi 10–15 års levetid. Hvis mulig, øk pH til 9 ved å tilsette natriumhydroksid eller reduser temperaturen til 80 grader. Under drift, overvåk varmeapparatets tykkelse årlig med ultralydmåling; når veggtykkelsen når 0,5 mm, skift ut varmeren. Ved å forstå at tartrationer kompliserer titanioner og forhindrer repassivering, velger ingeniøren den passende karakteren og veggtykkelsen for forutsigbar jevn korrosjon.