สำหรับแท่งความร้อนไทเทเนียมที่ใช้ในการอุ่นกรดฟอร์มิก 90% ที่ 100 องศา ปริมาณน้ำ (5% เทียบกับ. 10%) จะเปลี่ยนกลไกการกัดกร่อนจากการโจมตีแบบสม่ำเสมอไปสู่การเกิดรูพรุนได้อย่างไร

กรดฟอร์มิก 90% (HCOOH) ที่ 100 องศาเป็นสภาพแวดล้อมแบบรีดิวซ์ซึ่งค่อนข้างจะผ่านไทเทเนียม พฤติกรรมการกัดกร่อนได้รับผลกระทบอย่างมากจากปริมาณน้ำในกรด ที่น้ำ 5% (กรดฟอร์มิก 95%) สารละลายจะลดลงได้อย่างมาก และไทเทเนียมจะมีการกัดกร่อนสม่ำเสมอในอัตรา 0.1-0.3 มม. ต่อปี ผลของการเติมน้ำ (10% ของน้ำใน 90% ของกรดฟอร์มิก) ต่อเคมีของสารละลายได้รับการอธิบายโดยอิงจากความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของไฮโดรเนียม ไอออน (H3O+) และการเปลี่ยนแปลงในความเสถียรของฟิล์มเฉื่อย การเจาะเป็นกลไกหลักที่มีอัตราการแพร่กระจายของหลุม 0.5–1.2 มม./ปี ซึ่งเร็วกว่าการโจมตีแบบสม่ำเสมอถึง 5 เท่า ปริมาณน้ำระหว่าง 7 ถึง 9% การเปลี่ยนแปลงค่อนข้างมาก

น้ำ-กระตุ้นกลไกการเปลี่ยนผ่านของการกัดกร่อนแบบเป็นรูพรุน

ฟิล์มพาสซีฟของไทเทเนียมในกรดฟอร์มิกถูกทำให้เสถียรโดยการดูดซับของฟอร์เมตไอออน (HCOO{0}}) น้ำแข่งขันกับรูปแบบสำหรับจุดดูดซับบนพื้นผิว ที่น้ำ 5% การดูดซับรูปแบบจะมีผลเหนือกว่าและฟิล์มจะสลายตัวอย่างสม่ำเสมอ การดูดซับน้ำจะเพิ่มขึ้นเพื่อนำไปสู่การสลายฟิล์มเฉพาะที่ที่ข้อบกพร่อง เช่น ขอบเขตของเกรนหรืออนุภาคระหว่างโลหะที่น้ำ 10% ทันทีที่หลุมเริ่มต้น ความก้าวร้าวสูงของฟอร์เมตไอออนซึ่งทำหน้าที่เหมือนคลอไรด์เข้มข้น จะก่อตัวขึ้นในหลุมเพื่อเร่งการแพร่กระจาย การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นที่ระดับน้ำวิกฤตประมาณ 30%

อัตราการกัดกร่อนเชิงปริมาณและการขึ้นอยู่กับกลไกของปริมาณน้ำ

อิทธิพลของปริมาณน้ำถูกกำหนดโดยการทดสอบที่มีการควบคุมของไทเทเนียมเกรด 2 ในกรดฟอร์มิก/น้ำผสมกันที่ 100 องศา เป็นเวลา 500 ชั่วโมง ที่น้ำ 2% (กรดฟอร์มิก 98%) อัตราการกัดกร่อนสม่ำเสมอคือ 0.20-0.40 มม. ต่อปี โดยไม่มีรูพรุนและมีพื้นผิวที่มีรอยขีดข่วนสม่ำเสมอ อัตราที่สม่ำเสมอลดลงเหลือ 0.10 - 0.25 มิลลิเมตรต่อปีที่น้ำ 5% (กรดฟอร์มิก 95%) และหลุมตื้นเป็นครั้งคราวที่ลึกต่ำกว่า 20 µm จะเกิดขึ้นในเขตเปลี่ยนผ่าน อัตราสม่ำเสมอคือ 0.08-0.15 มม./ปีที่น้ำ 8 % (กรดฟอร์มิก 92%) การเจาะจะเริ่มขึ้นหลังจาก 200-400 ชั่วโมง และความลึกของหลุมคือ 0.1-0.3 มม. ที่ 500 ชั่วโมง ที่น้ำ 10% (กรดฟอร์มิก 90%) อัตราสม่ำเสมอจะลดลงเหลือ 0.05-0.10 มม./ปี แต่การเกิดหลุมอย่างรวดเร็วจะเริ่มขึ้นภายใน 50-150 ชม. โดยมีความลึกของหลุม 0.3-0.8 มม. หลังจาก 500 ชม. ดังนั้น การเกิดหลุมอย่างรวดเร็วจึงเป็นกลไกความล้มเหลวที่สำคัญ อัตราสม่ำเสมอคือ 0.03-0.08 มม./ปี ที่น้ำ 15% (กรดฟอร์มิก 85%) แต่มีการเกิดหลุมรุนแรงที่ 20-80 ชม. โดยมีความลึกของหลุม 0.5-1.2 มม. หลังจาก 500 ชม.

อิทธิพลของอุณหภูมิและความเข้มข้นของกรดฟอร์มิกต่อปริมาณน้ำทรานซิชัน

การเปลี่ยนแปลงจากการกัดกร่อนสม่ำเสมอไปสู่การเกิดรูพรุนเป็นหน้าที่ของปริมาณน้ำและหน้าที่ของอุณหภูมิ การกัดกร่อนสม่ำเสมอเป็นเรื่องปกติที่อัตรา 0.05-0.10 มม./ปีที่ 80 องศาในกรดฟอร์มิก 95% (น้ำ 5%) อัตราการกัดกร่อนสม่ำเสมอที่ 100 องศาในกรดฟอร์มิก 95% คือ 0.10 ถึง 0.25 มม./ปี การกัดกร่อนแบบผสมพบในรูปของการแพร่กระจายของหลุมในอัตรา 0.15–0.30 มิลลิเมตรต่อปี ที่ 100 องศา ด้วยกรดฟอร์มิก 92% (น้ำ 8%) ที่ 80 องศา กรดฟอร์มิก 90% (น้ำ 10%) ทำให้เกิดการเกิดรูพรุนในอัตรา 0.20–0.50 มม./ปี. 90% กรดฟอร์มิกที่ 100 องศา ให้ 0.50-1.20 มม./ปี สำหรับการกัดกร่อนแบบรูพรุน อัตราการเกิดหลุมที่ 100 องศา ด้วยกรดฟอร์มิก 85% (น้ำ 15%) คือ 1.00 ถึง 2.00 มม./ปี ปริมาณน้ำที่สำคัญสำหรับการเปลี่ยนผ่านเป็นบ่อจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

คู่มือการควบคุมปริมาณน้ำของเครื่องทำความร้อนกรดฟอร์มิก

ตารางต่อไปนี้ให้คำแนะนำเกี่ยวกับปริมาณน้ำสูงสุดที่อนุญาตในกรดฟอร์มิกสำหรับเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 2 และเกรด 7 ที่ 100 องศา ตามฟังก์ชันของอายุการใช้งานที่ตั้งใจไว้และกลไกการกัดกร่อนที่ยอมรับได้

อายุการใช้งานที่ต้องการ (ปี) อุณหภูมิในการทำงาน (°C) น้ำสูงสุดที่อนุญาต (%) สำหรับเกรด 2 น้ำสูงสุดที่อนุญาต (%) สำหรับกลไกเด่นของเกรด 75 80<8 <12 Uniform >3 100 <6 <10 Uniform 2–3 100 6–7 10–12 Mixed (acceptable) 1–2 100 7–8 12–14 Pitting (marginal for Grade 7)
<1 100 >8 >14 บ่อ (รุนแรง)
วิศวกรรมเหนือการควบคุมปริมาณน้ำ

ปริมาณน้ำที่เปลี่ยนผ่านมีความไวสูงต่อเกรดไทเทเนียม เกรด 7 (แพลเลเดียมเสถียร) ย้ายเครื่องแบบไปสู่การเปลี่ยนผ่านแบบหลุมเป็นน้ำ 10–12% ช่วยให้สามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยที่กรดฟอร์มิก 90% (น้ำ 10%) เกรด 12 เป็นการปรับปรุงระดับกลาง ความหนาของผนังไม่ได้ป้องกันการเป็นรูพรุน แต่ให้ค่าเผื่อการกัดกร่อน ผนัง 2.0 มม. ที่มีรูพรุน 0.5 มม. ต่อปีจะคงอยู่ได้ 4 ปี ความบริสุทธิ์ของกรดฟอร์มิกเป็นสิ่งสำคัญ สารปนเปื้อน เช่น คลอไรด์น้อยกว่า 10 ppm หรือซัลเฟตน้อยกว่า 50 ppm ช่วยลดปริมาณน้ำทรานซิชันลง 2 ~ 3 % ออกซิเจนที่ละลายน้ำ (การเติมอากาศ) ส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนที่เป็นเนื้อเดียวกัน แทนที่จะเป็นการเกิดรูพรุน และการไล่อากาศจะเปลี่ยนการเปลี่ยนไปสู่ปริมาณน้ำที่ลดลง

ข้อกำหนดแจ้ง

ใช้ไทเทเนียมเกรด 7 กับแท่งความร้อนไทเทเนียมในกรดฟอร์มิก 90% (น้ำ 10%) ที่ 100 องศา สำหรับการใช้งานในรูปแบบสม่ำเสมอหรือแบบผสม ชั้นประถมศึกษาปีที่ 2 ลดปริมาณน้ำให้ต่ำกว่า 7% โดยการกลั่นหรือโดยการใช้กรดฟอร์มิกปราศจากน้ำ สำหรับเครื่องทำความร้อนเกรด 2 ในปัจจุบันที่ใช้กรดฟอร์มิก 90% ให้เติมฟอร์มิกแอนไฮไดรด์หรืออะซิติกแอนไฮไดรด์ 1-2% เพื่อจับกับน้ำทางเคมีและเก็บน้ำอิสระไว้ต่ำกว่า 6% ตรวจสอบปริมาณน้ำด้วยการไทเทรตแบบ Karl Fischer ทุกสัปดาห์ระหว่างการทำงาน เพิ่มสารทำให้แห้งหรือเจือจางด้วยกรดแอนไฮดรัสหากน้ำถึง 7% สำหรับเกรด 2 หรือ 10% สำหรับเกรด 7 ด้วยการรักษาปริมาณน้ำให้ต่ำกว่าระดับการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ วิศวกรจะเปลี่ยนกลไกการกัดกร่อนจากการเจาะแบบหลุมอย่างรวดเร็วไปสู่การโจมตีที่สม่ำเสมอ ซึ่งจะช่วยยืดอายุเครื่องทำความร้อนในการให้บริการกรดฟอร์มิกร้อน