لولههای حرارتی تیتانیوم خالص فیلم غیرفعال دی اکسید تیتانیوم را در محدوده pH متوسط حفظ میکنند، به طور گسترده در خطوط تولید که به طور متناوب از مواد اسیدی و قلیایی مانند سنتز دارویی و تمیز کردن CIP مواد غذایی استفاده میکنند، استفاده میشود. با این حال، بسیاری از فرآیندهای تولید دارای جهش شدید pH مکرر بین اسید قوی و قلیایی قوی در یک چرخه کوتاه هستند. فرسایش متناوب سریع یونهای هیدروژن و یونهای هیدروکسید به طور مداوم بر لایه محافظ TiO2 تأثیر میگذارد و باعث نازک شدن دورهای، ترکهای میکرو{2}}و تغییر رنگ ناهموار سطح میشود. نوسانات مکرر pH طولانی مدت، تخریب غیرفعال فیلم را تسریع میکند و خطرات خوردگی حفرهای پنهان را ایجاد میکند، حتی اگر محیط حاوی یونهای فلوراید نباشد.
در محیطهای تک pH پایدار، فیلم غیرفعال یک ساختار محافظ متعادل را تشکیل میدهد. در شرایط قلیایی خنثی و ضعیف، دی اکسید تیتانیوم متراکم و فیلم کامپوزیت هیدروکسید تیتانیوم، بستر را محکم میپیچد و از تهاجم یون جلوگیری میکند. در اسید آلی ضعیف، لایه داخلی فشرده TiO2 در برابر انحلال ملایم اسید مقاومت می کند و با اکسیژن محلول ترمیم خود را کامل می کند. اما پیاچهای شدید مکرر این تعادل پویا را میشکنند: لایه سطحی به طور مکرر بین حالت انحلال اسیدی و حالت فرسایش قلیایی تغییر میکند بدون اینکه زمان کافی برای بازسازی یک لایه یکنواخت کامل داشته باشد.
افت شدید pH به مقدار اسیدی ابتدا فیلم هیدروکسید بیرونی شل را حل می کند. هنگامی که محیط به طور ناگهانی اسیدی می شود، یون های هیدروژن به سرعت با لایه هیدروکسید تیتانیوم تشکیل شده در شرایط قلیایی واکنش داده و لایه محافظ بیرونی را از بین می برد و لایه داخلی TiO2 خالص نازک تر را آشکار می کند. در این مرحله، ظرفیت ضد خوردگی فیلم به وضوح کاهش مییابد، و یونهای کلرید یا اسید آلی به راحتی به عیوب میکرو-نفوذ میکنند تا نقاط شروع خوردگی ریز روی ماتریس ایجاد کنند.
افزایش ناگهانی pH بعدی به قلیایی قوی و سپس لایه نازک دی اکسید تیتانیوم باقیمانده را فرسایش می دهد. یونهای هیدروکسید با غلظت بالا با TiO2 واکنش میدهند تا ترکیبات تیتانات محلول تولید کنند و لایه غیرفعال باقیمانده را بیشتر نازک کنند. ناحیه مرزی بین فیلم دست نخورده اصلی و فیلم آسیبدیده اسیدی، غلظت استرس جدی ایجاد میکند، و تعداد بیشماری میکرو-ترکهای نامرئی را روی سطح لوله ایجاد میکند. هر دور از نوسانات اسیدی-قلیایی، ترکهای بیشتری و نواحی لایه نازکتری را جمع میکند و یک چرخه معیوب از از دست دادن لایه محافظ مداوم را تشکیل میدهد.
دمای بالا آسیب ناشی از نوسانات pH را به میزان قابل توجهی تقویت می کند. حرارت دادن سرعت انحلال اسیدی و واکنش حکاکی قلیایی فیلم غیرفعال را تسریع میکند، در حالی که محتوای اکسیژن محلول در مایع را کاهش میدهد و راندمان خود{1}}ترمیم فیلم را تضعیف میکند. برای سیستمهای گردشی با دمای بالاتر از 60 درجه و چرخههای سوئیچینگ چندگانه اسید-روزانه، حکاکی سطح آشکار و حفرههای پراکنده در لولههای تیتانیوم در عرض 3 تا 6 ماه پس از کار ظاهر میشوند. مناطق تحت تأثیر گرمای جوش{8}}با لایه غیرفعال طبیعی نازکتر به شدیدترین مناطق آسیب دیده تبدیل میشوند.
اقدامات کنترلی موثر خطرات نوسانات pH را کاهش می دهد. ابتدا، زمان انتقال بافر را بین روشهای کار اسید و قلیایی افزایش دهید، آب تمیز خنثی را برای شستشوی مخزن و لولههای گرمایش تزریق کنید تا از اختلاط مستقیم اسید قوی و قلیایی قوی جلوگیری کنید. دوم، عوامل بافر pH را اضافه کنید تا pH متوسط را در محدوده نوسان باریکی تثبیت کند و تا آنجا که ممکن است تغییرات pH را بین 6 تا 9 محدود کنید. سوم، چرخه های نگهداری را کوتاه کنید تا به طور منظم-درمان غیرفعال سازی مجدد، ترمیم ترک های میکرو- انباشته شده از فرسایش اسیدی{{7} مکرر قلیایی انجام شود. چهارم، دمای عملیاتی را به درستی پایین بیاورید تا در صورت اجازه فرآیند تولید، سرعت واکنش نازک شدن فیلم غیرفعال را کاهش دهید.
表格
| شرایط کاری نوسانات pH | آسیب به فیلم غیرفعال تیتانیوم | راه حل کنترل هدفمند |
|---|---|---|
| نوسان ملایم آهسته (pH 6-10، بافر انتقال طولانی) | فقط کمی تغییر رنگ یکنواخت فیلم | روش شستشوی بافر موجود، غیرفعال کردن مجدد سه ماهه- |
| سوئیچ تیز مکرر بین اسید ضعیف و قلیایی ضعیف بدون بافر | نازک شدن دوره ای لایه، ترک های ریز پراکنده- | انتقال آب خنثی را بین دو رسانه اضافه کنید |
| چرخه سریع اسید قوی (pH 3~) و قلیایی قوی (pH ~ 12) | انحلال شدید فیلم متناوب، خطر حفره شدن آشکار | افزودنی های بافر pH را به کار ببرید، زمان ماندن pH شدید را به شدت محدود کنید |
| دمای بالا (60 درجه ) با سوئیچینگ چندگانه اسید- | آسیب فیلم تجمعی سریع، چاله های خوردگی اولویت جوش | دمای گرمایش، بازرسی ماهانه و تعمیر غیرفعال را به طور مناسب کاهش دهید |
خلاصه مختصر
نوسانات شدید pH مکرر بین اسید و قلیایی به طور متناوب لایه غیرفعال مرکب تیتانیوم را حل کرده و فرسایش میدهد و باعث ایجاد ترکهای میکرو{0} انباشته شده و تضعیف عملکرد طولانیمدت ضد خوردگی میشود. افزودن فلاشینگ بافر خنثی، تثبیت مقدار pH متوسط و تعمیر مجدد غیرفعالسازی منظم میتواند به طور موثر آسیب خوردگی ناشی از تعویض پایه اسید{5} مکرر به لولههای گرمایش تیتانیوم را کاهش دهد.
