การบำบัดด้วยไอน้ำออกซิไดซ์ล่วงหน้า (ที่ 300 องศาเป็นเวลา 2 ชั่วโมง) ช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของกรดที่ตามมาของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมได้อย่างไร

สำหรับวิศวกรกระบวนการที่ต้องการเพิ่มอายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อนแบบแช่ไทเทเนียมในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น กรดซัลฟูริกร้อนหรือกรดไฮโดรคลอริก การบำบัดล่วงหน้าด้วยออกซิไดซ์ด้วยไอน้ำที่ 300 องศา เป็นเวลา 2 ชั่วโมง ส่งผลให้ความต้านทานการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นที่วัดได้ การเตรียมการนี้จะทำให้ฟิล์มไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) มีความหนาขึ้นและได้รับการควบคุมบนพื้นผิวเครื่องทำความร้อน ซึ่งโดยทั่วไปจะมีขนาด 0.5 ถึง 2.0 ไมครอน เมื่อเปรียบเทียบกับฟิล์มแบบพาสซีฟดั้งเดิมที่มีขนาด 2 ถึง 7 นาโนเมตร ชั้นออกไซด์ที่หนาขึ้นมีความทนทานต่อการละลายทางเคมีมากกว่า เป็นตัวกั้นที่เป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้นต่อการโจมตีของกรด และมีจุดผิดพลาดน้อยกว่าที่อาจเกิดรูพรุนเฉพาะที่ การทดสอบเชิงปริมาณบ่งชี้ว่าไอน้ำ-ไทเทเนียมออกซิไดซ์มีอัตราการกัดกร่อนลดลง 50-80% เมื่อเทียบกับไทเทเนียมที่ไม่ผ่านการบำบัดใน 20% H₂SO₄ ที่ 80 องศา และอายุเครื่องทำความร้อนเพิ่มขึ้น 2 ถึง 5 เท่าในกรดรีดิวซ์ที่รุนแรง

กลไกการเกิดออกซิเดชันของไอน้ำและผลต่อโครงสร้างออกไซด์
The reaction Ti + 2H2O -->TiO2 + 2H2 สามารถควบคุมได้โดยการให้ความร้อนไทเทเนียมในไอน้ำ (ไอน้ำ) ที่อุณหภูมิ 300 องศา สภาพแวดล้อมของไอน้ำก่อให้เกิดสารเคลือบรูไทล์ที่หนาแน่นและเกาะติดกัน (ผลึก TiO₂) ซึ่งตรงกันข้ามกับการเกิดออกซิเดชันในอากาศแห้งซึ่งสามารถสร้างออกไซด์ที่มีรูพรุนและแตกหักและแตกเป็นชิ้นได้ การเกิดออกซิเดชันของไอน้ำส่งผลให้ชั้นออกไซด์มีความสม่ำเสมอมากขึ้นและมีข้อผิดพลาดน้อยลง เนื่องจากไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานของโลหะ-ออกไซด์สามารถซึมผ่านออกไซด์ได้ ทำให้เกิดสภาวะความเครียดจากการบีบอัด (การป้องกัน) มากขึ้น

การรักษาอุณหภูมิ 300 องศา 2 ชั่วโมงเหมาะสมที่สุดสำหรับไทเทเนียมเกรด 2 ที่อุณหภูมิต่ำกว่า (200 องศา) ออกไซด์จะเติบโตช้าเกินไป (< 0.1 µm in 2 h). At higher temperatures (400°C) the oxide grows excessively fast (>5 µm) และมีแนวโน้มที่จะหลุดลอย ความยาว 2- ชั่วโมงทำให้สามารถครอบคลุมพื้นผิวได้เต็มที่ รวมถึงรอยแตกและบริเวณรอยเชื่อม แต่ไม่มีการเพิ่มความหนาที่จะจำกัดการนำความร้อน ชั้นออกไซด์ที่เกิดขึ้นจะมีสีทองหรือสีน้ำตาลอมฟ้า (สีรบกวน) ซึ่งมีความหนาประมาณ 0.5–2.0 µm

ปริมาณของการปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนี่ยวนำให้เกิดออกซิเดชันของไอน้ำ
สภาพแวดล้อมของกรด (อุณหภูมิ) อัตราการกัดกร่อนเกรด 2 Ti (มม./ปี) ที่ไม่ผ่านการบำบัด ไอน้ำออกซิไดซ์ (300 องศา , 2 ชม.) อัตราการกัดกร่อน (มม./ปี) ปัจจัยการลด การยืดอายุโดยประมาณ
20 % H₂SO₄, 60 องศา 0.15 0.04 3.8× 4× 20 % H2SO4, 80 องศา 0.80 0.20 4.0× 4× 10% HCl, 50 องศา 0.25 0.08 3.1× 3× 10% HCl, 70 องศา 1.20 0.35 3.4× 3× 5% กรดฟอร์มิก, 80 องศา 0.20 0.07 2.9× 3× 50% H3PO4 100 องศา 0.10 0.04 2.5× 2.5× 10% กรดออกซาลิก 60 องศา 0.60 0.20 3.0× 3×
การเปลี่ยนแปลงที่ใหญ่ที่สุดเกิดขึ้นกับกรด (H2SO4, HCl, ฟอร์มิก, ออกซาลิก) เมื่อฟิล์มพาสซีฟมีความเสถียรเพียงเล็กน้อยในสภาวะที่ไม่ผ่านการบำบัด กรดออกซิไดซ์ (ไนตริก, โครมิก) ทำให้ฟิล์มพาสซีฟดั้งเดิมมีความเสถียรโดยธรรมชาติ และออกซิเดชันด้วยไอน้ำให้ประโยชน์พิเศษเพียงเล็กน้อย (ปัจจัยรีดิวซ์ < 1.5×) การปรับสภาพยังช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการดูดซับไฮโดรเจนในการตั้งค่าแบบแคโทด เนื่องจากออกไซด์ที่หนาขึ้นทำหน้าที่เป็นตัวกั้นการแพร่กระจายของอะตอมไฮโดรเจน

คู่มือสถานการณ์-สำหรับการประยุกต์ใช้การปรับสภาพออกซิเดชันล่วงหน้าด้วยไอน้ำ
การบำบัดด้วยกรดและความรุนแรงที่แนะนำ|ผลประโยชน์ที่คาดหวัง|ข้อควรพิจารณาในการดำเนินการ
เจือจางH₂SO₄ (5 – 15%), 50 – 70 องศา , ต่อเนื่องออกซิเดชันของไอน้ำ (300 องศา , 2 ชม.) 3-4× ปัจจัยการยืดอายุ แนะนำเป็นอย่างยิ่ง ประหยัดสำหรับเครื่องทำความร้อนใหม่
Concentrated H 2 SO 4 (>50%) อุณหภูมิใดๆ ก็ตาม ปฏิกิริยาออกซิเดชันของไอน้ำไม่มีประสิทธิผล ข้อได้เปรียบน้อยที่สุด ออกไซด์ละลายอย่างรวดเร็วในกรดเข้มข้น ใช้ไทเทเนียมเกรด 7
บริการ HCl (5–15%) 40–60 องศา การเกิดออกซิเดชันของไอน้ำ การยืดอายุ 3 เท่า มีประสิทธิภาพ แต่ระวังการให้น้ำ ไอน้ำออกไซด์จะลดการดูดซึมไฮโดรเจน
กรดฟอร์มิก กรดออกซาลิก หรือความเข้มข้นใดๆ ก็ได้ ออกซิเดชันด้วยไอน้ำ 2–3× อายุขัยที่เพิ่มขึ้น แนะนำสำหรับการใช้งานเล็กน้อยที่ไทเทเนียมที่ไม่ผ่านการบำบัดจะกัดกร่อน 0.2-0.5 มม./ปี
ใช้งานในน้ำทะเลหรือคลอไรด์(ไม่มีกรด)ไม่จำเป็น ไม่มีข้อดี ฟิล์มพาสซีฟพื้นเมืองมีความคงตัวในคลอไรด์ ไม่จำเป็นต้องออกซิเดชันด้วยไอน้ำ
น้ำคุณภาพสูง (กัดกร่อนต่ำ)ไม่จำเป็น ไม่มีข้อดี ไม่มีปัญหาการกัดกร่อนให้แก้ไข
เครื่องทำความร้อนเก่า (ชุดติดตั้งเพิ่มเติม)ใช้ไม่ได้จริง N/A ต้องอบไอน้ำออกซิไดซ์ก่อนการติดตั้ง ไม่สามารถทำได้ในสถานที่
แง่มุมทางวิศวกรรมของ-การบำบัดเบื้องต้นสำหรับการเกิดออกซิเดชันของไอน้ำ
การปรับสภาพออกซิเดชันด้วยไอน้ำควรทำในเตาเผาที่มีการควบคุมสภาพแวดล้อมด้วยการฉีดไอน้ำ เครื่องทำความร้อนควรสะอาด (ล้างไขมัน, ดองด้วยกรดเพื่อขจัดออกไซด์หรือมลพิษที่อาจมีอยู่) ก่อนการบำบัด อัตราอุณหภูมิควรน้อยกว่า 5 องศา/นาที เพื่อหลีกเลี่ยงความเครียดจากความร้อน หลังจากคงอุณหภูมิไว้ที่ 300 องศาเป็นเวลา 2 ชั่วโมง เครื่องทำความร้อนควรถูกทำให้เย็นลงอย่างระมัดระวัง (เตาเย็นหรือ<= 3°C/min) to avoid oxide cracking. The treated surface is fragile and must be handled with clean gloves, since any scratches to the metal will act as corrosion initiation sites . The oxide layer reduces the thermal conductivity of the heater significantly (~5-10%) and should be taken into account for watt density estimates. For applications currently running near the critical heat flux, the thicker oxide may raise the sheath temperature by 5-10 °C.

สรุป: การออกซิเดชันของไอน้ำช่วยยืดอายุ 3-4X ในการลดกรด
การบำบัดด้วยไอน้ำออกซิไดซ์ล่วงหน้าที่ 300 องศาเป็นเวลา 2 ชั่วโมงจะสร้างชั้นไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีความหนาแน่นและมีการควบคุมซึ่งมีความหนา 0.5–2.0 µm บนพื้นผิวเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 2 ความต้านทานการกัดกร่อนของกรดดีขึ้น 3-4 เท่าในการลดกรด (ซัลฟิวริก ไฮโดรคลอริก ฟอร์มิก ออกซาลิก) ออกไซด์ที่หนาและเป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้นนี้มีความไวต่อการแตกตัวทางเคมีน้อยกว่าและทำหน้าที่เป็นอุปสรรคต่อการดูดซึมไฮโดรเจน การปรับสภาพออกซิเดชันล่วงหน้าด้วยไอน้ำของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมใหม่สำหรับใช้ในกรดรีดิวซ์เจือจางถึงปานกลางจะเพิ่มต้นทุนเครื่องทำความร้อนประมาณ 10–15% แต่เพิ่มอายุการใช้งานได้ 2–5 เท่าและคุ้มค่ามาก การปรับสภาพจะไม่มีประโยชน์สำหรับกรดออกซิไดซ์ (ไนตริก, โครมิก) หรือสำหรับสถานการณ์ที่มีคลอไรด์ครอบงำซึ่งฟิล์มพาสซีฟดั้งเดิมมีความเสถียรอยู่แล้ว สามารถใช้แนวทางเดียวกันนี้ได้เมื่อสั่งซื้อเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมเพื่อลดการเกิดกรด การระบุการปรับสภาพก่อนออกซิเดชันด้วยไอน้ำด้วยพารามิเตอร์กระบวนการที่บันทึกไว้ (300 องศา 2 ชั่วโมง บรรยากาศไอน้ำ) ช่วยให้มั่นใจได้ว่าความต้านทานการกัดกร่อนที่เพิ่มขึ้นจะเกิดขึ้นได้สำเร็จก่อนที่เครื่องทำความร้อนจะเข้าใช้งาน