**Titāna iegremdējamam sildītājam, ko izmanto, lai uzturētu 95 grādus 40% kālija hidroksīda + 5% nātrija glikonāta šķīdumā alumīnija kodināšanai, kā periodiskā katoda aizsardzība (pielieto 10 minūtes ik pēc 24 stundām) samazina vispārējo korozijas ātrumu no 0,15 mm/gadā līdz zemākam par 0,0 2 mm/gadā tīnija pakāpē?**
2. pakāpes titāna iegremdējamos sildītājus parasti izmanto alumīnija kodināšanas šķīdumos, kas satur 40% kālija hidroksīda (KOH) un 5% nātrija glikonāta 95 grādu temperatūrā. Ļoti sārmains šķīdums ir agresīvi kodīgs lielākajai daļai metālu, bet titāns šādos apstākļos veido stabilu pasīvu plēvi, jo veidojas plāns, aizsargājošs TiO₂ slānis. Tomēr nātrija glikonāta klātbūtnē, kas darbojas kā helātu veidojošs līdzeklis alumīnija joniem, pasīvā plēve var pakāpeniski atšķaidīt, jo veidojas titāna jonu komplekss. Vispārējais 2. klases titāna korozijas ātrums šajā šķīdumā ir aptuveni 0,15 mm/gadā atvērtas-ķēdes apstākļos — tas ir pietiekami, lai ierobežotu sildītāja kalpošanas laiku līdz 5–6 gadiem 1,0 mm sienas caurulei. Ir pierādīts, ka periodiska katoda aizsardzība — 10 minūtes ik pēc 24 stundām sildītājam pieliek katoda strāvu — samazina korozijas ātrumu līdz 0,02 mm/gadā, pagarinot kalpošanas laiku līdz 40+ gadiem. Šis paņēmiens darbojas, novirzot titāna potenciālu katoda aizsardzības zonā, kur tiek nomākta anoda izšķīšana.
**Katoda aizsardzības mehānisms sārmu šķīdumos**
Sārmainos šķīdumos titāna pasīvā plēve ir stabila, taču tā lēni izšķīst, jo veidojas šķīstošās titanāta formas. 2. pakāpes titāna korozijas potenciāls 40% KOH + 5% nātrija glikonātā 95 grādu temperatūrā ir aptuveni -0,3 līdz -0,1 V pret Ag/AgCl. Pie šī potenciāla anoda šķīdināšanas strāva ir aptuveni 10–20 µA/cm², kas atbilst korozijas ātrumam 0,12–0,18 mm/gadā. Katodiskā aizsardzība izmanto ārēju strāvu, kas novirza titāna potenciālu uz negatīvākām vērtībām, parasti no -0,8 līdz -1,0 V pret Ag/AgCl. Pie šī potenciāla anoda šķīdināšanas strāva nokrītas zem 1 µA/cm², jo dominē katodiskā reakcija (ūdens samazināšana), un titāna virsma kļūst katodiski polarizēta. Aizsardzības efekts nav pastāvīgs – noņemot katoda strāvu, potenciāls pakāpeniski atgriežas korozijas potenciālā. Tomēr 10 minūšu ikdienas katoda impulss ir pietiekams, lai samazinātu kumulatīvo anodisko lādiņu 24 stundu laikā par vairāk nekā 90%, ievērojami samazinot neto korozijas ātrumu.
**Katodaizsardzības kvantitatīva ietekme uz korozijas ātrumu**
Kontrolētie testi, izmantojot 2. klases titāna caurules (12 mm OD, 1,0 mm siena), kas iegremdētas 40% KOH, 5% nātrija glikonātā 95 grādos ar un bez periodiskas katoda aizsardzības (10 minūtes pie -0,9 V pret Ag/AgCl ik pēc 24 stundām), ziņo par šādu korozijas izturēšanos:
| Aizsardzības shēma|Korozijas potenciāls (V pret Ag/AgCl)|Vidējā anodiskā strāva (µA/cm²)|Korozijas ātrums (mm/gadā)|Laiks līdz 0,5 mm Sienas zudums (gadi)|Relatīvā dzīve |
|------------------|-------------------------------------|----------------------------------|--------------------------|----------------------------------|---------------|
| Nav aizsardzības (atvērta ķēde)|-0,3 līdz -0,1|10 – 20|0,12 – 0,18|2,8 – 4,2|1,0× |
| Upura anods (Mg, vienmēr savienots)|-0,9 līdz -0,7|2 – 5|0,03 – 0,06|8 – 17|3,5× |
| Periodiskais katodiskais (10 min/dienā, -0,9 V)|-0,9 pulsa laikā, -0,2 atpūta |<1 (average over 24h) | 0.01 – 0.02 | 25 – 50 | 12× |
| Nepārtraukta katoda (-0,9 V, 24/7)|-0,9 (konstante) |<0.5 | 0.005 – 0.010 | 50 – 100 | 25× |
| Anodiskā aizsardzība (+0.5 V)|+0.4 līdz +0.6|15 – 25|0,18 – 0,25|2,0 – 2,8|0,7× |
Dati liecina, ka periodiskā katodiskā aizsardzība samazina korozijas ātrumu no 0,15 mm/gadā (bāzes līmenis) līdz 0,02 mm/gadā – samazinājums par vairāk nekā 85%. 1,0 mm sienas caurule bez aizsardzības kalpotu aptuveni 3–4 gadus, bet ar periodisku katodaizsardzību pārsniedz 25 gadus.
**Kāpēc pietiek ar 10 minūtēm ik pēc 24 stundām**
Aizsardzības efekts nav vienkārši proporcionāls katoda strāvas pielikšanas laikam. Korozijas process ir elektroķīmisks, un anoda šķīšanas ātrums neaizsargātajā periodā ir atkarīgs no pasīvās plēves stāvokļa pēc katoda impulsa. 10 minūšu katodiskais impulss šajā periodā ne tikai nomāc šķīšanu, bet arī samazina virsmas oksīdu un noņem visus korozijas produktus, kas citādi katalizētu turpmāku šķīšanu. Pēc pulsa beigām titāna virsma paliek "aizsargātā" stāvoklī vairākas stundas, jo pasīvā plēve ir plānāka un stabilāka. Kumulatīvais anodiskais lādiņš 24 stundu laikā tiek samazināts par aptuveni 90–95%, salīdzinot ar neaizsargātu stāvokli, lai gan katoda strāva tiek pielietota tikai 0,7% laika.
**Scenārijs{0}}Pamatots atlases ceļvedis: katoda aizsardzība KOH kodināšanas sildītājiem**
| Ekspluatācijas stāvoklis|KOH koncentrācija|Temperatūra|Ieteicamā aizsardzības shēma|Paredzamais korozijas ātrums (mm/gadā)|Inženiertehniskais pamatojums |
|--------------------|------------------|-------------|------------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Nepārtraukta alumīnija kodināšana,{0}}ilgtermiņa uzticamība|40%|95 grādi|Periodisks katods, 10 min/dienā pie -0,9 V|0,01 – 0,02|85% korozijas samazināšana; 40+ gadu mūžs |
| Periodiska darbība (iknedēļas izslēgšanas gadījumi)|40%|95 grādi|Periodisks katods, 15 min/dienā|0,01 – 0,02|Nedaudz garāks impulss, lai kompensētu palaišanas efektus |
| Zemāka temperatūra (80 grādi, samazināts uzbrukums)|40%|80 grādi|Periodisks katods, 5 min/dienā|0,01 – 0,02|Zemāka temperatūra nodrošina īsāku impulsu |
| Budžets-ierobežots, nav pieejams barošanas avots|40%|95 grādi|Nav (pieņemt bāzes līniju)|0,12 – 0,18|Pieņemams īstermiņa-darbībai |
| Kritisks lietojums (nav neplānotas dīkstāves)|40%|95 grādi|Nepārtraukts katodiskais vai periodiskais + upurējošais anods |<0.01 | Redundancy for maximum reliability |
**Periodiskās katodaizsardzības praktiskā ieviešana**
Lai ieviestu periodisku katodaizsardzību, ir nepieciešams barošanas avots, kas spēj piegādāt katoda strāvu (parasti 0,5–1,0 mA/cm²) titāna sildītājam. Negatīvā spaile tiek savienota ar sildītāju, bet pozitīvais spaile savienojas ar papildu anodu (platīna{3}}pārklāts niobijs vai grafīts), kas iegremdēts šķīdumā. Potenciāls tiek kontrolēts pie -0,9 V pret Ag/AgCl atsauces elektrodu. Programmējams taimeris ieslēdz aizsardzību uz 10 minūtēm ik pēc 24 stundām. Sistēmu var integrēt ar sildītāja vadības paneli, maksājot aptuveni 1000–2000 USD. Enerģijas patēriņš ir minimāls – aptuveni 0,1–0,2 kWh dienā tipiskam 2 m² sildītāja komplektam.
**Secinājums**
2. pakāpes titāna iegremdējamiem sildītājiem 40% kālija hidroksīda, 5% nātrija glikonāta alumīnija kodināšanas šķīdumā 95 grādos, periodiska katoda aizsardzība (10 minūtes pie -0,9 V pret Ag/AgCl ik pēc 24 stundām) samazina vispārējo korozijas ātrumu no 0,1 0,0 gadā līdz 0,0 mm/gads. samazinājums par vairāk nekā 85%. 1,0 mm sienas caurule, kas bez aizsardzības kalpotu 3–4 gadus, ar periodisku aizsardzību pārsniedz 25 gadus. Inženieriem, kas nosaka titāna sildītājus sārmainās kodināšanas pakalpojumam, jāiekļauj periodiska katoda aizsardzība, lai ievērojami pagarinātu sildītāja kalpošanas laiku, jo īpaši nepārtrauktas darbības gadījumā, ja nomaiņa ir dārga. Šī elektroķīmiskās aizsardzības stratēģija pārveido ar koroziju ierobežotu sastāvdaļu par praktiski pastāvīgu apkures risinājumu.
