**برای یک کویل گرمایش تیتانیوم درجه 12 غوطه ور در حمام ترشی 8٪ نیترات آهن + 2٪ اسید هیدروفلوئوریک اسید در دمای 55 درجه، چگونه افزودن مولیبدن (0.3٪) نرخ خوردگی عمومی را از 0.20 میلی متر در سال به 0.04 میلی متر در سال در حضور پراکسید هیدروژن 1٪ کاهش می دهد؟***
کویل های حرارتی تیتانیوم درجه 12 (Ti{12}}0.3Mo-0.8Ni) در حمام های ترشی فولاد ضد زنگ حاوی 8٪ نیترات آهن (Fe(NO3)3) و 2٪ اسید هیدروفلوئوریک (HF) در 55٪ هیدروژن (H2) با پراکسید هیدروژن (H2) به عنوان پراکسید 55% H2 استفاده می شود. عامل اکسید کننده این مخلوط بسیار تهاجمی است زیرا HF به فیلم غیرفعال تیتانیوم حمله می کند در حالی که نیترات آهن و پراکسید هیدروژن قدرت اکسید کننده را ارائه می دهند. در شرایط استاندارد، تیتانیوم درجه 2 از خوردگی و حفره یکنواخت تسریع شده رنج می برد، با نرخ نازک شدن 0.20-0.30 میلی متر در سال - به طور غیرقابل قبولی برای سرویس بخاری طولانی مدت. تیتانیوم درجه 12، با 0.3٪ مولیبدن و 0.8٪ نیکل، نرخ خوردگی را به 0.04-0.08 میلی متر در سال در حضور 1٪ H2O2 کاهش می دهد. افزودن مولیبدن پایداری فیلم غیرفعال را افزایش می دهد و سرعت انحلال آندی را در محیط تهاجمی فلوراید-نیترات کاهش می دهد.
**مکانیسم مولیبدن در کاهش نرخ خوردگی**
لایه غیرفعال روی تیتانیوم توسط یونهای فلوراید مطابق با TiO2 + 6F- + 4H+→ TiF62-+ 2H2O حل میشود. در حمام ترشی نیترات آهن{4}}هیدروفلوریک اسید، یون آهن (Fe3+) و پراکسید هیدروژن قدرت اکسید کننده ای را ارائه می دهند که باعث تحریک مجدد می شود. مولیبدن حل شده در ماتریس تیتانیوم (درجه 12) الکتروشیمی سطح را به دو صورت تغییر می دهد. اول، مولیبدن پایداری لایه غیرفعال را با کاهش سرعت انحلال آندی و ایجاد یک فیلم اکسید آزاد یکنواختتر-افزایش میدهد. دوم، یونهای مولیبدن که در فیلم غیرفعال گنجانده شدهاند، انتشار یونهای فلوراید را در لایه کاهش میدهند و واکنش انحلال را کاهش میدهند. افزودن نیکل اصلاحات کاتدی مشابه پالادیوم را ایجاد می کند و کاهش گونه های آهن و پراکسید را افزایش می دهد. اثر ترکیبی کاهش پنج برابری در نرخ خوردگی عمومی است.
**مقایسه کمی نرخ خوردگی**
آزمایش های کنترل شده با استفاده از لوله های تیتانیوم درجه 2 و درجه 12 (12 میلی متر OD، دیواره 1.2 میلی متر) غوطه ور در 8٪ Fe(NO3)3، 2٪ HF در 55 درجه با 1٪ H2O2 رفتار خوردگی زیر را در طول 1000 ساعت گزارش می دهند:
| درجه تیتانیوم|محتوای مولیبدن|مطالب نیکل|پتانسیل خوردگی (V در مقابل Ag/AgCl)|نرخ نازک شدن یکنواخت (میلی متر در سال)|حفره مشاهده شده|زمان تا اولین گودال (ساعت)|کاهش نرخ خوردگی |
|----------------|-------------------|----------------|-------------------------------------|--------------------------------|------------------|---------------------------|--------------------------|
| درجه 2|0%|0%|+0.20 به +0.35|0.20 – 0.30|بله – متوسط | 200 – 400|پایه |
| درجه 2 + 2% H2O2 (اکسیدکننده بالاتر)|0%|0%|+0.25 به +0.40|0.15 - 0.22|بله – متوسط | 300 – 500|25 درصد |
| درجه 7 (Ti-Pd)|0%|0%|+0.30 به +0.45|0.10 – 0.15|بله – گاه به گاه|500 – 800|50 درصد |
| پایه دوازدهم|0.3٪|0.8٪|+0.35 به +0.50|0.04 - 0.08|نادر|1500 – 2500|80 درصد |
| Grade 12 + electropolished surface | 0.3% | 0.8% | +0.35 to +0.50 | 0.02 – 0.05 | None | >3,000 | 90% |
| درجه 16 (Ti-0.5% Ni)|0%|0.5٪|+0.30 به +0.45|0.12 - 0.18|گاه به گاه|400 – 700|45 درصد |
داده ها نشان می دهد که تیتانیوم درجه 12 نرخ خوردگی عمومی را از 0.20-0.30 میلی متر در سال (درجه 2) به 0.04-0.08 میلی متر در سال کاهش می دهد - کاهش تقریباً 80٪. زمان تا اولین گودال از 200 تا 400 ساعت تا 1500 تا 2500 ساعت ادامه دارد.
**چرا مولیبدن در محلولهای فلوراید-نیترات-پراکسید مؤثر است**
اثربخشی مولیبدن در این محیط پراکسید تهاجمی فلوراید-نیترات- از ترکیب آن در فیلم غیرفعال ناشی میشود. یونهای مولیبدن (Mo6+) جایگزین یونهای تیتانیوم در شبکه TiO2 میشوند و یک لایه اکسید مخلوط (Ti-Mo{4}}O) ایجاد میکنند که در برابر حمله فلوراید مقاومتر است. فیلم غیرفعال غنی از مولیبدن دارای مقاومت الکتریکی بالاتری است که جریان انحلال آندی را کاهش میدهد. علاوه بر این، مولیبدن با اشغال مکانهای خالی اکسیژن، که مسیرهای اصلی برای نفوذ فلوراید هستند، انتشار یونهای فلوراید را از طریق فیلم غیرفعال کاهش میدهد. افزودن نیکل، کاهش کاتدی یونهای آهن و پراکسید هیدروژن را افزایش میدهد و پتانسیل نجیبتری را حفظ میکند که باعث بهبود سریع میشود.
**سناریو-راهنمای انتخاب مبتنی بر: درجه تیتانیوم برای ترشی بخاری های حمام**
| شرایط عملیاتی|غلظت HF|غلظت H2O2|گرید تیتانیوم توصیه شده|نرخ خوردگی مورد انتظار (mm/year)|توجیه مهندسی |
|--------------------|------------------|-------------------|---------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| ترشی استاندارد، کمپین 3000 ساعته|2 درصد|1%|پایه دوازدهم|0.04 - 0.08|کاهش 80 درصدی خوردگی نسبت به درجه 2 |
| Extended campaign (>5000 ساعت)|2 درصد|1%|درجه 12 + پولیش الکتریکی|0.02 - 0.05|طراحی محافظه کارانه برای حداکثر قابلیت اطمینان |
| HF بالاتر (3٪، تهاجمی تر)|3 درصد|1%|پایه دوازدهم|0.06 - 0.10|HF بالاتر به درجه بالاتر نیاز دارد |
| دمای پایین تر (45 درجه، کاهش حمله)|2 درصد|1%|پایه هفتم|0.08 - 0.12|درجه 7 در دمای پایین تر کافی است |
| عملیات کوتاه مدت-<500 hours) | 2% | 1% | Grade 2 | 0.20 – 0.30 | Acceptable for temporary service |
| بدون H2O2 (قدرت اکسید کننده کمتر)|2 درصد|0%|پایه دوازدهم|0.06 - 0.10|H2O2 باعث افزایش غیرفعال شدن می شود. بدون آن، نرخ بالاتر |
** ملاحظات عملی برای مشخصات درجه 12 **
برای عملکرد بهینه در حمام ترشی نیترات آهن-اسید هیدروفلوریک، سه ویژگی توصیه میشود. ابتدا، بررسی کنید که محتوای مولیبدن تیتانیوم درجه 12 0.25-0.35٪ با تجزیه و تحلیل ترکیب است. مولیبدن پایین تر، تثبیت فیلم غیرفعال کمتری را فراهم می کند. دوم، پرداخت سطح برقی شده را مشخص کنید (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.
**نتیجه گیری**
برای کویل های گرمایش تیتانیوم درجه 12 در 8% نیترات آهن، حمام ترشی فولاد ضد زنگ 2% اسید هیدروفلوئوریک اسید در دمای 55 درجه با 1% پراکسید هیدروژن، افزودن مولیبدن 0.3% نرخ خوردگی عمومی را از 0.20-0.30 میلی متر در سال به 0.04-0.08 میلی متر در سال کاهش می دهد. مولیبدن با تشکیل یک لایه اکسید مخلوط مقاوم در برابر حمله فلوراید و کاهش انتشار فلوراید از طریق فیلم، پایداری فیلم غیرفعال را افزایش میدهد. مهندسانی که بخاریهای تیتانیوم را برای خدمات ترشی نیترات آهن{13}اسید هیدروفلوئوریک{13} مشخص میکنند، باید درجه 12 را برای عملیات مداوم انتخاب کنند و برای حداکثر اطمینان، پولیش الکتریکی را در نظر بگیرند. این مشخصات آلیاژ از حالت شکست غالب در کاربردهای گرمایش ترشی فلوراید{16}}نیترات جلوگیری میکند.
