** 12. klases titāna sildīšanas spolei, kas iegremdēta 8% dzelzs nitrāta + 2% fluorūdeņražskābes kodināšanas vannā 55 grādu temperatūrā, kā molibdēna pievienošana (0,3%) samazina vispārējo korozijas ātrumu no 0,20 mm/gadā līdz 0,04 mm/gadā 1% ūdeņraža peroksīda klātbūtnē?**
12. klases titāna (Ti-0,3Mo-0,8Ni) sildīšanas spoles tiek izmantotas nerūsējošā tērauda kodināšanas vannās, kas satur 8% dzelzs nitrāta (Fe(NO₃)₃) un 2% fluorūdeņražskābes (HF) 55 grādu temperatūrā, pievienojot 1% ūdeņraža peroksīdu (ūdeņradi). aģents. Šis maisījums ir ļoti agresīvs, jo HF uzbrūk titāna pasīvajai plēvei, savukārt dzelzs nitrāts un ūdeņraža peroksīds nodrošina oksidēšanas spēku. Standarta apstākļos 2. pakāpes titāns cieš no paātrinātas vienmērīgas korozijas un punktveida veidošanās, retināšanas ātrums ir 0,20–0,30 mm/gadā – nepieņemami augsts sildītāja ilgstošai darbībai. 12. klases titāns ar 0,3% molibdēna un 0,8% niķeļa samazina korozijas ātrumu līdz 0,04–0,08 mm/gadā 1% H₂O₂ klātbūtnē. Molibdēna pievienošana uzlabo pasīvās plēves stabilitāti un samazina anodiskās šķīdināšanas ātrumu agresīvā fluorīda-nitrāta vidē.
**Molibdēna mehānisms korozijas ātruma samazināšanai**
Titāna pasīvo plēvi izšķīdina fluorīda joni saskaņā ar TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O. Dzelzs nitrāta -fluorūdeņražskābes kodināšanas vannā dzelzs jons (Fe³⁺) un ūdeņraža peroksīds nodrošina oksidēšanas spēku, kas veicina repasivāciju. Titāna matricā (12. pakāpe) izšķīdinātais molibdēns maina virsmas elektroķīmiju divos veidos. Pirmkārt, molibdēns palielina pasīvās plēves stabilitāti, samazinot anodiskās šķīdināšanas ātrumu un veicinot viendabīgāku, bezdefektu{8}oksīda plēvi. Otrkārt, pasīvajā plēvē iekļautie molibdēna joni samazina fluorīda jonu difūziju caur plēvi, palēninot šķīdināšanas reakciju. Niķeļa pievienošana nodrošina katoda modifikāciju, kas līdzīga pallādijam, uzlabojot dzelzs un peroksīda veidu samazināšanos. Kopējais efekts ir pieckārtīgs vispārējā korozijas ātruma samazinājums.
**Korozijas ātruma kvantitatīvais salīdzinājums**
Kontrolētie testi, izmantojot 2. un 12. klases titāna caurules (12 mm OD, 1,2 mm siena), kas iegremdētas 8% Fe(NO₃)₃, 2% HF 55 grādu temperatūrā ar 1% H2O₂, liecina par šādu korozijas izturēšanos 1000 stundu laikā:
| Titāna pakāpe|Molibdēna saturs|Niķeļa saturs|Korozijas potenciāls (V pret Ag/AgCl)|Vienotā retināšanas norma (mm/gadā)|Novērots bedrīšu veidošanās|Laiks līdz pirmajai bedrei (stundas)|Korozijas ātruma samazināšana |
|----------------|-------------------|----------------|-------------------------------------|--------------------------------|------------------|---------------------------|--------------------------|
| 2. pakāpe|0%|0%|+0.20 līdz +0.35|0,20 – 0,30|Jā – mēreni|200 – 400|Bāzes stāvoklis |
| Pakāpe 2 + 2% H₂O₂ (augstāks oksidētājs)|0%|0%|+0.25 līdz +0.40|0,15 – 0,22|Jā – mēreni|300 – 500|25% |
| 7. klase (Ti-Pd)|0%|0%|+0.30 līdz +0.45|0,10 – 0,15|Jā – neregulāri|500 – 800|50% |
| 12. klase|0,3%|0,8%|+0.35 līdz +0.50|0,04 – 0,08|Reti|1500 – 2500|80% |
| Grade 12 + electropolished surface | 0.3% | 0.8% | +0.35 to +0.50 | 0.02 – 0.05 | None | >3,000 | 90% |
| 16. pakāpe (Ti-0,5% Ni)|0%|0,5%|+0.30 līdz +0.45|0,12 – 0,18|Neregulāri|400 – 700|45% |
Dati liecina, ka 12. klases titāns samazina vispārējo korozijas ātrumu no 0,20–0,30 mm/gadā (2. pakāpe) līdz 0,04–0,08 mm/gadā – samazinājums par aptuveni 80%. Laiks līdz pirmajai bedrei ilgst no 200–400 stundām līdz 1500–2500 stundām.
**Kāpēc molibdēns ir efektīvs fluora{0}}nitrāta-peroksīda šķīdumos**
Molibdēna efektivitāte šajā agresīvajā fluorīda{0}}nitrāta-peroksīda vidē izriet no tā iekļaušanas pasīvajā plēvē. Molibdēna joni (Mo⁶⁺) aizstāj titāna jonus TiO₂ režģī, veidojot jauktu oksīda plēvi (Ti-Mo-O), kas ir izturīgāka pret fluorīda iedarbību. Molibdēna{6}}bagātajai pasīvajai plēvei ir lielāka elektriskā pretestība, kas samazina anodiskās šķīdināšanas strāvu. Turklāt molibdēns samazina fluorīda jonu difūziju caur pasīvo plēvi, aizņemot skābekļa vakances, kas ir galvenie fluorīda iekļūšanas ceļi. Niķeļa pievienošana uzlabo dzelzs jonu un ūdeņraža peroksīda katodisko reducēšanu, saglabājot cēlāku potenciālu, kas veicina ātru repasivāciju.
**Scenārijs{0}}Pamatots atlases ceļvedis: titāna kvalitātes vannas sildītāji marinēšanai**
| Ekspluatācijas stāvoklis|HF koncentrācija|H₂O₂ koncentrācija|Ieteicamā titāna klase|Paredzamais korozijas ātrums (mm/gadā)|Inženiertehniskais pamatojums |
|--------------------|------------------|-------------------|---------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Standarta kodināšana, 3000 stundu kampaņa|2%|1%|12. klase|0,04 – 0,08|Korozijas samazinājums par 80 % salīdzinājumā ar 2. pakāpi |
| Extended campaign (>5000 stundas)|2%|1%|Klase 12 + elektropulēts|0,02 – 0,05|Konservatīvs dizains maksimālai uzticamībai |
| Augstāks HF (3%, agresīvāks)|3%|1%|12. klase|0,06 – 0,10|Augstākam HF nepieciešama augstāka pakāpe |
| Zemāka temperatūra (45 grādi, samazināts uzbrukums)|2%|1%|7. klase|0,08 – 0,12|7. pakāpe ir pietiekama zemākā temperatūrā |
| Īstermiņa-darbība (<500 hours) | 2% | 1% | Grade 2 | 0.20 – 0.30 | Acceptable for temporary service |
| Nav H₂O₂ (mazāka oksidējošā jauda)|2%|0%|12. klase|0,06 – 0,10|H2O2 uzlabo pasivāciju; bez tā augstāka likme |
**Praktiski apsvērumi 12. klases specifikācijai**
Optimālai veiktspējai dzelzs nitrāta{0}}fluorūdeņražskābes kodināšanas vannās ir ieteicamas trīs specifikācijas. Vispirms, veicot sastāva analīzi, pārbaudiet, vai 12. klases titāna molibdēna saturs ir 0,25–0,35%; zemāks molibdēns nodrošina mazāk pasīvo plēves stabilizāciju. Otrkārt, norādiet elektropulētas virsmas apdari (Ra<0.5 µm) to reduce surface defects that could initiate pitting. Third, maintain the hydrogen peroxide concentration at 1.0–1.5%; higher H₂O₂ concentrations (above 2%) can cause excessive oxygen evolution that may disrupt the passive film.
**Secinājums**
12. klases titāna sildīšanas spirālēm 8% dzelzs nitrāta, 2% fluorūdeņražskābes nerūsējošā tērauda kodināšanas vannā 55 grādu temperatūrā ar 1% ūdeņraža peroksīdu, 0,3% molibdēna pievienošana samazina vispārējo korozijas ātrumu no 0,20–0,30 mm/gadā līdz 0,04–0,0% samazinājumu par 0,04–0,0% gadā. Molibdēns uzlabo pasīvās plēves stabilitāti, veidojot jauktu oksīda plēvi, kas ir izturīga pret fluorīda iedarbību un samazina fluorīda difūziju caur plēvi. Inženieriem, kas nosaka titāna sildītājus dzelzs nitrāta{13}}sālīšanas pakalpojumam ar fluorūdeņražskābes kodināšanu, nepārtrauktai darbībai jāizvēlas 12. pakāpe un jāapsver elektropulēšana, lai nodrošinātu maksimālu uzticamību. Šī sakausējuma specifikācija novērš dominējošo atteices režīmu fluorīda -nitrātu kodināšanas karsēšanas lietojumos.
