जब एक टाइटेनियम शीथ हीटर का उपयोग 5% सोडियम टार्ट्रेट घोल को 103 डिग्री पर उबालने के लिए किया जाता है, तो टार्ट्रेट आयन टाइटेनियम आयनों को जटिल क्यों बनाता है और पुनरावर्तन को रोकता है, जिससे प्रति वर्ष 0.2 मिमी की दर से एक समान क्षरण होता है?

5% सोडियम टार्ट्रेट में, टार्ट्रेट आयन (C₄H₄O₆²⁻) 103 डिग्री (उबलते हुए) पर टाइटेनियम के लिए एक शक्तिशाली चेलेटिंग एजेंट है। पिटिंग अटैक क्लोराइड और फ्लोराइड के कारण होता है, लेकिन टार्ट्रेट घुलनशील टाइटेनियम टार्ट्रेट कॉम्प्लेक्स के निर्माण की ओर ले जाता है: Ti⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]⁴⁻। कॉम्प्लेक्शन Ti 4+ आयनों को बनते ही सतह से हटा देता है और एक स्थिर निष्क्रिय फिल्म के निर्माण को रोकता है। सुरक्षात्मक आवरण के बिना, टाइटेनियम प्रति वर्ष 0.15 - 0.25 मिमी की स्थिर दर पर समान रूप से नष्ट हो जाएगा, जिसमें कोई स्थानीय गड्ढे नहीं होंगे। प्रारंभिक क्षणभंगुर चरण के बाद संक्षारण दर समय का कार्य नहीं है।

टार्ट्रेट का तंत्र-प्रेरित एकसमान संक्षारण

टार्ट्रेट आयन में कई हाइड्रॉक्सिल और कार्बोक्सिल समूह होते हैं जो Ti 4+ . लॉग K~20 के साथ स्थिर पांच सदस्यीय केलेट रिंग बनाने में सक्षम होते हैं। Ti{3}} टार्ट्रेट कॉम्प्लेक्स के लिए गठन स्थिरांक असाधारण रूप से उच्च होता है। इसका मतलब है कि धातु की सतह से निकलने वाला कोई भी Ti⁴⁺ जटिल हो जाता है और तुरंत समाधान में ले लिया जाता है। निष्क्रिय फिल्म विकसित नहीं हो सकती, क्योंकि TiO2 का घुलनशीलता उत्पाद केवल Ti की बहुत उच्च स्थानीय सांद्रता पर ही पार हो जाता है। क्योंकि स्थानीय स्तर पर टूटने के लिए कोई निष्क्रिय फिल्म नहीं है, प्रक्रिया एक समान है।

मात्रात्मक संक्षारण दर बनाम टार्ट्रेट एकाग्रता

500 घंटे तक सोडियम टार्ट्रेट घोल (103 डिग्री) उबालने में नियंत्रित परीक्षणों ने ग्रेड 2 टाइटेनियम के लिए निम्नलिखित स्थापित किया है। 0% टार्ट्रेट (शुद्ध पानी) पर संक्षारण दर 0.005–0.010 मिमी/वर्ष है, सतह चमकदार है और तंत्र निष्क्रिय है। 1% टार्ट्रेट पर, दर 0.03–0.06 मिमी प्रति वर्ष है, सतह पर हल्की नक़्क़ाशी दिखाई देती है और तंत्र मिश्रित होता है। 3% टार्ट्रेट पर दर 0.08–0.15 मिमी/वर्ष है, सतह एक समान नक़्क़ाशी दिखाती है और जटिलता प्रचलित प्रक्रिया है। 5% टार्ट्रेट के साथ, दर 0.15–0.25 मिमी/वर्ष है, सतह एक समान मैट फ़िनिश है, और प्रक्रिया जटिलता प्रधान है . 0.20-0.35 मिमी/वर्ष 10% टार्ट्रेट पर, सतह समान रूप से मैट, तंत्र गंभीर जटिलता।

जटिलता दर पर पीएच और तापमान का प्रभाव

जटिलता की दर और संक्षारण दर पीएच और तापमान का एक कार्य है। 60 सी, पीएच 7 और 5% टार्ट्रेट पर संक्षारण दर 0.04-0.08 मिमी/वर्ष है। 80 डिग्री और पीएच 7 पर दर 0.08-0.15 मिमी/वर्ष है। 100 डिग्री और पीएच 7 पर दर 0.15 से 0.25 मिमी/वर्ष है। 100 डिग्री और पीएच 9 पर दर 0.10-0.18 मिमी प्रति वर्ष है (उच्च पीएच संक्षारण को कम करता है)। 100 डिग्री पर दर, पीएच 5, 0.20–0.35 मिमी/वर्ष (कम पीएच संक्षारण दर को बढ़ाता है)। सक्रियण ऊर्जा लगभग 50 kJ/mol है।

टाइटेनियम हीटर में टार्ट्रेट एकाग्रता और पीएच का नियंत्रण

निम्न तालिका सोडियम टार्ट्रेट समाधानों में ग्रेड 2 और ग्रेड 7 टाइटेनियम हीटरों के लिए अनुशंसित परिचालन स्थितियाँ देती है।

सोडियम टार्ट्रेट सांद्रण (%) तापमान (डिग्री) पीएच ग्रेड 2 संक्षारण दर (मिमी/वर्ष) संक्षारण दर (मिमी/वर्ष) ग्रेड 7 अनुशंसा<1 100 7 0.03–0.06 0.02–0.04 Acceptable 1–3 80 7 0.05–0.10 0.03–0.06 Acceptable 3–5 80 7 0.08–0.15 0.05–0.10 Use Grade 7 3–5 100 7 0.15–0.25 0.10–0.18 Use Grade 7 + thick wall
5-10 100 9 0.10-0.18 0.06-0.12 pH increase >10 Any Any >0.20 >0.12 टार्ट्रेट एकाग्रता नियंत्रण से परे इंजीनियरिंग की अनुशंसा नहीं की जाती है

टाइटेनियम ग्रेड जटिलता दर को प्रभावित करता है। ग्रेड 7 (पैलेडियम स्थिर) संक्षारण दर टार्ट्रेट समाधानों में ग्रेड 2 की तुलना में 30-50% कम है, क्योंकि पैलेडियम जटिल परिस्थितियों में भी एक पतली निष्क्रिय कोटिंग को स्थिर करता है। कक्षा 12 में मध्यम सुधार दिखाई देता है। दीवार की मोटाई संक्षारण भत्ता देती है . 2 . 0 मिमी दीवार 0 . 15 मिमी/वर्ष एकसमान संक्षारण के साथ 13 वर्षों तक चलती है। सतह की फिनिश का समान संक्षारण पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ पीएच को 9 तक बढ़ाने से संक्षारण दर 30-40% कम हो जाती है। यदि तापमान 100 डिग्री से घटाकर 80 डिग्री कर दिया जाए तो दर आधी हो जाती है।

एक सूचित विनिर्देश विकसित करना

टाइटेनियम शीथ हीटर के लिए प्रभावी तंत्र को 103 डिग्री पर 5% सोडियम टार्ट्रेट में एक समान संक्षारण माना जाना चाहिए। संक्षारण दर को प्रति वर्ष 0.10-0.18 मिमी तक कम करने के लिए ग्रेड 7 टाइटेनियम का उपयोग करें। 10 से 15 वर्ष की सेवा जीवन के लिए 2.0 मिमी की दीवार मोटाई का उपयोग करें। सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ पीएच को 9 (यदि संभव हो) तक बढ़ाएं या तापमान को 80C तक कम करें। ऑपरेशन के दौरान, हीटर की मोटाई की निगरानी साल में एक बार अल्ट्रासोनिक गेजिंग द्वारा की जाती है और जब दीवार की मोटाई 0.5 मिमी तक पहुंच जाती है तो हीटर को बदल दिया जाता है। इंजीनियर को पता है कि टार्ट्रेट आयन टाइटेनियम आयनों को जटिल बनाते हैं और पुनरावर्तन को रोकते हैं, इसलिए वे अनुमानित समान संक्षारण सुनिश्चित करने के लिए सही ग्रेड और दीवार की मोटाई चुनते हैं।