โซเดียมบอเรต (Na₂B₄O₇) ที่ความเข้มข้น 8% และ 95 องศา ใช้เป็นสารบัฟเฟอร์และสารยับยั้งการกัดกร่อน ไอออนบอเรต (B₄O₇²⁻) สามารถสร้างฟิล์มป้องกันบนไทเทเนียมได้ แต่ความเสถียรของฟิล์มนี้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของบอเรตที่พื้นผิวโลหะ ภายใต้การให้ความร้อนแบบวนรอบ การไล่ระดับของอุณหภูมิข้ามชั้นขอบเขตจะทำให้ไอออนของบอเรตเคลื่อนที่หรือตกตะกอน การไล่ระดับความเข้มข้นจะเกิดขึ้น โดยมีความเข้มข้นของบอเรตสูงขึ้นที่สารละลายเทกองตัวทำความเย็น และความเข้มข้นลดลงที่พื้นผิวท่อร้อน การไล่ระดับสีนี้จะทำให้ฟิล์มพาสซีฟไม่เสถียร ส่งผลให้บางลงเฉพาะจุด ฟิล์มพาสซีฟจะคงตัวเมื่อความเข้มข้นของบอเรตที่พื้นผิวเกิน 2%

กลไกของการก่อตัวไล่ระดับความเข้มข้นของบอเรต

ภายใต้การให้ความร้อนในสภาวะคงที่- ไอออนของบอเรตจะกระจายไปยังพื้นผิวไทเทเนียมที่ร้อน แต่การแพร่กระจายความร้อน (เอฟเฟกต์ซอเร็ต) จะผลักไอออนออกจากพื้นผิวที่ร้อน ผลสุทธิคือชั้นขอบเขตที่หมดลง โดยมีความเข้มข้นของบอเรตที่พื้นผิวท่อต่ำกว่าในสารละลายปริมาณมาก 10–30% ในระหว่างการให้ความร้อนแบบเป็นรอบ (เปิด-รอบ) เกรเดียนต์ของความเข้มข้นจะแกว่งไปมา เมื่อเครื่องทำความร้อนปิดทำงาน พื้นผิวจะเย็นลง และไอออนของบอเรตจะกระจายกลับไปยังพื้นผิว ทำให้เกิดฟิล์มชั่วคราว เมื่อเครื่องทำความร้อนเปิดอีกครั้ง การไล่ระดับสี-จะเกิดขึ้นอีกครั้ง และพื้นผิวก็จะหมดลง การหมดสิ้นลงและการฟื้นตัวแบบวนนี้จะทำให้ฟิล์มพาสซีฟตึงเครียด ซึ่งนำไปสู่การแตกร้าวและการหลุดร่อน

ความเสถียรของฟิล์มเชิงปริมาณเชิงปริมาณในฐานะฟังก์ชันของความเข้มข้นของบอเรตที่พื้นผิว

การทดสอบที่มีการควบคุมในโซเดียมบอเรต 8% (ความเข้มข้นจำนวนมาก) ที่ 95 องศาภายใต้การให้ความร้อนแบบวนรอบ (เปิด 1 ชั่วโมง หยุด 1 ชั่วโมง) ได้สร้างความเสถียรของฟิล์มแบบพาสซีฟสำหรับไทเทเนียมเกรด 2 ที่ความเข้มข้นของบอเรตที่พื้นผิวต่างกัน ที่ความเข้มข้นพื้นผิว 4–5% (เสริมสมรรถนะ) ความหนาของฟิล์มพาสซีฟคือ 5–8 นาโนเมตร ฟิล์มมีความเสถียรและยึดเกาะได้ และไม่มีการเกิดรูพรุนหลังจาก 1,000 รอบ ที่ 3–4% (ใกล้เคียงเทกอง) ความหนาอยู่ที่ 3–5 นาโนเมตร ฟิล์มมีความเสถียรปานกลาง และเกิดรูพรุนเป็นครั้งคราวหลังจากผ่านไป 500 รอบ ที่ 2–3% (การพร่องปานกลาง) ความหนาอยู่ที่ 2–4 นาโนเมตร ฟิล์มจะแสดงการแตกร้าว และการเกิดรูพรุนหลังจากผ่านไป 200–400 รอบ ที่ 1–2% (หมดลง) ความหนาคือ 1–3 นาโนเมตร ฟิล์มไม่เสถียร และเกิดรูพรุนภายใน 50–200 รอบ ฟิล์มพาสซีฟที่ต่ำกว่า 1% จะล้มเหลวโดยสิ้นเชิง และการกัดกร่อนสม่ำเสมอจะเกิดขึ้นที่ 0.1–0.3 มม. ต่อปี

อิทธิพลของความเข้มข้นของบอเรตและความถี่ของวงจรต่อการพร่องของพื้นผิว

ความรุนแรงของการสูญเสียพื้นผิวขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของบอเรตจำนวนมากและความถี่ของวงจร ที่ปริมาณบอเรต 4% ความเข้มข้นของพื้นผิวภายใต้การให้ความร้อนแบบเป็นรอบจะอยู่ที่ 2–3% ซึ่งถือว่าน้อยมาก ที่ปริมาณ 6% ความเข้มข้นของพื้นผิวจะอยู่ที่ 3–4% ซึ่งมีความเสถียรปานกลาง ที่ปริมาณ 8% (ระบุ) ความเข้มข้นของพื้นผิวจะอยู่ที่ 4–5% ซึ่งมีความเสถียร ที่ปริมาณ 10% ความเข้มข้นของพื้นผิวจะอยู่ที่ 5–6% ซึ่งมีความเสถียรสูง ที่ความถี่ของรอบ 6 รอบต่อชั่วโมง (เปิด 10 นาที ปิด 10 นาที) ความเข้มข้นของพื้นผิวจะต่ำกว่า 10-20% ที่ 2 รอบต่อวัน เนื่องจากชั้นขอบเขตไม่มีเวลาฟื้นตัว

คู่มือการจัดการความเข้มข้นของบอเรตและวัฏจักรสำหรับเครื่องทำความร้อนไทเทเนียม

ตารางต่อไปนี้ให้คำแนะนำสำหรับความเข้มข้นของบอเรตจำนวนมากและพารามิเตอร์รอบเพื่อรักษาความเสถียรของฟิล์มพาสซีฟบนไทเทเนียมเกรด 2 ที่ 95 องศา

วิศวกรรมที่เหนือกว่าการควบคุมความเข้มข้น

เกรดไทเทเนียมส่งผลต่อความเสถียรของฟิล์มแบบพาสซีฟภายใต้การไล่ระดับความเข้มข้น เกรด 7 (แพลเลเดียม-เสถียร) รักษาฟิล์มที่เสถียรที่ความเข้มข้นของบอเรตที่พื้นผิวลงไปที่ 1.5% ซึ่งให้ค่าความปลอดภัยที่มากกว่า ชั้นประถมศึกษาปีที่ 12 มีการปรับปรุงระดับกลาง ความหนาของผนังไม่ส่งผลต่อฟิล์มแบบพาสซีฟ อัตราการทำความร้อนมีความสำคัญ การไล่ระดับอย่างช้าๆ (1 องศาต่อนาที) ช่วยลดการไล่ระดับความเข้มข้นเมื่อเปรียบเทียบกับการไล่ระดับเร็ว (10 องศาต่อนาที) การกวนสารละลาย (เครื่องผสมหรือปั๊มหมุนเวียน) ช่วยลดการไล่ระดับความเข้มข้นให้เหลือน้อยที่สุดโดยการลดความหนาของชั้นขอบเขต

จัดทำข้อกำหนดเฉพาะ

สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบปลอกไทเทเนียมในโซเดียมบอเรต 8% ที่ 95 องศาพร้อมการให้ความร้อนแบบวงจร ให้รักษาความเข้มข้นของบอเรตจำนวนมากไว้ที่ 8–10% เพื่อให้แน่ใจว่าความเข้มข้นของพื้นผิวสูงกว่า 4% ในระหว่างการปั่นจักรยาน หากความถี่ของรอบเกิน 6 รอบต่อชั่วโมง ให้เพิ่มความเข้มข้นรวมเป็น 10% สำหรับเครื่องทำความร้อนที่มีอยู่ซึ่งมีฟิล์มพาสซีฟไม่เสถียร (บ่งชี้จากการใช้พลังงานหรือการเกิดหลุมไม่แน่นอน) ให้เติมบอเรตเพื่อเพิ่มความเข้มข้นเป็น 10% หรือลดความถี่ของรอบการทำงาน ในระหว่างการดำเนินการ ให้ตรวจสอบค่า pH หาก pH ลดลงต่ำกว่า 9 ให้เติมโซเดียมไฮดรอกไซด์ โดยการควบคุมการไล่ระดับความเข้มข้นของบอเรตผ่านความเข้มข้นที่เพียงพอและลดความถี่ในการปั่นจักรยาน วิศวกรจะรักษาฟิล์มพาสซีฟที่เสถียรบนเครื่องทำความร้อนไทเทเนียม