सोडियम डाइक्रोमेट (Na₂Cr₂O₇) 10% सांद्रता और 70 डिग्री पर एक दृढ़ता से ऑक्सीकरण करने वाला घोल है। हेक्सावलेंट क्रोमियम (Cr⁶⁺) Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺ के लिए +1.33 V की मानक कमी क्षमता वाला एक शक्तिशाली ऑक्सीडाइज़र है। कई धातुओं में, जैसे कि स्टेनलेस स्टील, क्रोमेट आयन निष्क्रियता को बढ़ावा देते हैं। हालाँकि, टाइटेनियम पर, हेक्सावलेंट क्रोमियम एक स्थिर निष्क्रिय फिल्म का उत्पादन नहीं करता है। क्रोमियम आयन टाइटेनियम डाइऑक्साइड जाली में शामिल नहीं होते हैं, और उच्च ऑक्सीकरण क्षमता वास्तव में टाइटेनियम को ट्रांसपेसिव क्षेत्र में ले जाती है, जिससे निष्क्रिय फिल्म का निरंतर विघटन होता है। 70 डिग्री पर 10% सोडियम डाइक्रोमेट में टाइटेनियम की संक्षारण दर 0.05-0.15 मिमी प्रति वर्ष है, जो कई तटस्थ क्लोराइड समाधानों की तुलना में अधिक है।

हेक्सावलेंट क्रोमियम समाधान में टाइटेनियम व्यवहार का तंत्र

निष्क्रियता के लिए टाइटेनियम एक स्थिर TiO₂ फिल्म पर निर्भर करता है। डाइक्रोमेट समाधानों में, कमी प्रतिक्रिया Cr₂O₇²⁻ {{1}H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O टाइटेनियम सतह पर होती है। इस प्रतिक्रिया में उच्च विनिमय धारा घनत्व होता है, जो मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड की तुलना में टाइटेनियम की मिश्रित क्षमता को +1.0 V से ऊपर के मान पर स्थानांतरित कर देता है। ऐसी महान क्षमता पर, टाइटेनियम ट्रांसपेसिव क्षेत्र में प्रवेश करता है जहां TiO₂ फिल्म घुलनशील Ti⁴⁺ प्रजातियों में ऑक्सीकरण करती है। निष्क्रिय फिल्म स्थिर रहने के बजाय लगातार घुलती रहती है। इसके अतिरिक्त, क्रोमेट आयन टाइटेनियम के साथ अघुलनशील यौगिक नहीं बनाते हैं जो एक बाधा परत के रूप में कार्य कर सकते हैं, लोहे या क्रोमियम के विपरीत जहां क्रोमेट सुरक्षात्मक स्पिनल ऑक्साइड बनाता है।

मात्रात्मक संक्षारण दर और सतह विश्लेषण

1,000 घंटे से अधिक समय तक 70 डिग्री पर 10% Na₂Cr₂O₇ में नियंत्रित परीक्षण ने ग्रेड 2 टाइटेनियम के लिए निम्नलिखित संक्षारण व्यवहार स्थापित किया है। संक्षारण दर 0.05-0.15 मिमी प्रति वर्ष है, जो समान तापमान पर ताजे पानी की दर से 5-15 गुना अधिक है। जमा क्रोमियम ऑक्साइड या हाइड्रॉक्साइड के कारण सतह पर पीला - भूरा रंग दिखाई देता है। X{{13}रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी विश्लेषण से पता चलता है कि सतह फिल्म में TiO₂ और Cr(OH)₃ का मिश्रण है, लेकिन फिल्म छिद्रपूर्ण और गैर-सुरक्षात्मक है। खुला -सर्किट विभव +0.6 से +0.9 V बनाम Ag/AgCl पर स्थिर हो जाता है, जो ट्रांसपेसिव क्षेत्र में है। पिटिंग नहीं देखी गई है; इसके बजाय, एकसमान पतलापन होता है। इसकी तुलना में, 70 डिग्री पर 3% NaCl में ग्रेड 2 टाइटेनियम की संक्षारण दर 0.01-0.03 मिमी प्रति वर्ष है और इसकी निष्क्रिय क्षमता +0.1 से +0.3 वी है।

संक्षारण गंभीरता पर एकाग्रता और तापमान का प्रभाव

संक्षारण दर डाइक्रोमेट सांद्रता और तापमान दोनों के साथ बढ़ती है। 5% Na₂Cr₂O₇ और 70 डिग्री पर, संक्षारण दर 0.03–0.08 मिमी प्रति वर्ष है। 10% और 70 डिग्री पर, दर 0.05–0.15 मिमी प्रति वर्ष है। 15% और 70 डिग्री पर, दर प्रति वर्ष 0.08-0.20 मिमी तक बढ़ जाती है। 10% और 50 डिग्री पर, दर प्रति वर्ष 0.02-0.05 मिमी तक गिर जाती है। 10% और 90 डिग्री पर, दर प्रति वर्ष 0.10–0.25 मिमी तक बढ़ जाती है। 20% और 90 डिग्री पर, दर प्रति वर्ष 0.15-0.35 मिमी तक पहुँच जाती है। संक्षारण एक समान होता है, बिना गड्ढे के, क्योंकि ट्रांसपेसिव विघटन सतह पर समान रूप से होता है। प्रक्रिया के लिए सक्रियण ऊर्जा लगभग 40 kJ/mol है, जो मिश्रित गतिज और प्रसार नियंत्रण का संकेत देती है।

डाइक्रोमेट समाधान में विभिन्न टाइटेनियम ग्रेड का संक्षारण व्यवहार

निम्न तालिका उनकी निष्क्रिय फिल्म विशेषताओं के साथ, 10% सोडियम डाइक्रोमेट में 1,000 घंटे से अधिक 70 डिग्री पर विभिन्न टाइटेनियम ग्रेड की संक्षारण दर की तुलना करती है।

डाइक्रोमेट सेवा के लिए शमन और सामग्री चयन गाइड

सोडियम डाइक्रोमेट समाधानों को गर्म करने की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए, निम्न तालिका टाइटेनियम हीटर चयन और परिचालन सीमाओं के लिए सिफारिशें प्रदान करती है।

इंजीनियरिंग से परे ग्रेड चयन

दीवार की मोटाई संक्षारण भत्ता प्रदान करती है; प्रति वर्ष 0.10 मिमी की संक्षारण दर वाली 2.0 मिमी की दीवार 20 साल तक चलती है। ट्यूब की सतह की फिनिश का ट्रांसपेसिव विघटन पर न्यूनतम प्रभाव पड़ता है। डाइक्रोमेट घोल में क्लोराइड की उपस्थिति, जो अशुद्ध पानी से हो सकती है, संक्षारण दर को 2-3 गुना बढ़ा देती है। सल्फेट आयनों को मिलाने से थोड़ा निरोधात्मक प्रभाव पड़ता है। ऑक्सीजन को हटाने के लिए घोल को निष्क्रिय करके संक्षारण दर को 30-50% तक कम किया जा सकता है, जो कैथोडिक प्रतिक्रिया को धीमा कर देता है।

एक सूचित विशिष्टता बनाना

70 डिग्री पर 10% सोडियम डाइक्रोमेट में टाइटेनियम इलेक्ट्रिक विसर्जन हीटर के लिए, ग्रेड 2 के लिए 0.05-0.15 मिमी प्रति वर्ष या ग्रेड 7 के लिए 0.04-0.12 मिमी प्रति वर्ष की संक्षारण दर की अपेक्षा करें। 10-20 साल की सेवा जीवन प्रदान करने के लिए 2.0 मिमी की न्यूनतम दीवार मोटाई निर्दिष्ट करें। उच्च सांद्रता या तापमान के लिए, ऑपरेटिंग तापमान को कम करने या डाइक्रोमेट समाधान को पतला करने पर विचार करें। ऑपरेशन के दौरान, विद्युत प्रतिरोध में परिवर्तन के लिए हीटर की निगरानी करें, जो पतले होने का संकेत दे सकता है। यदि घोल क्लोराइड से दूषित हो जाए तो तापमान 50 डिग्री तक कम कर दें। यह समझकर कि हेक्सावलेंट क्रोमियम टाइटेनियम को निष्क्रिय नहीं करता है और इसके बजाय ट्रांसपेसिव विघटन का कारण बनता है, इंजीनियर सोडियम डाइक्रोमेट समाधानों में अनुमानित सेवा जीवन के लिए उचित दीवार की मोटाई और ग्रेड का चयन करता है।