Pour un thermoplongeur en titane de grade 2 utilisé pour chauffer une solution de sulfure de sodium à 5 % à 40 degrés, pourquoi l'anion sulfure (S²⁻) provoque-t-il une absorption rapide de l'hydrogène (200 ppm/mois) et une fragilisation, alors que le chlorure à la même concentration ne provoque que de légères piqûres ?
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Le titane de grade 2 dans 5 % de sulfure de sodium à 40 degrés absorbe l'hydrogène à raison de 100 à 300 ppm/mois et se fragilise en 1 à 3 mois. L'ion sulfure (S 2−) est un agent réducteur puissant et inhibe la production d'un revêtement protecteur de TiO 2. La réaction cathodique implique un dégagement d'hydrogène : 2H 2 O + 2e − → H 2 + 2OH − . De l'hydrogène atomique au réseau cristallin de titane. En revanche, le chlorure, à la même concentration, ne provoque que de légères piqûres (0,05 à 0,10 mm/an), car un film passif peut encore se former.
Mécanisme d'absorption de l'hydrogène induit par les sulfures-
Le sulfure réagira avec la surface du titane pour générer du sulfure de titane (TiS) qui n'est pas protecteur. Le potentiel en circuit ouvert-passe de -0,8 à -1,0 V par rapport à Ag/AgCl, où la réaction cathodique dominante est le dégagement d'hydrogène. Le taux d'absorption de l'hydrogène est lié à la teneur en sulfure.
Absorption quantitative d'hydrogène par rapport à la concentration de sulfures
Concentration de Na2S (%) Absorption d'H (ppm/mois)Durée jusqu'à 200 ppm H (moisMode de défaillance 0.5 20-50 4-10 Fragilisation 1.0 40-80 2.5-5 Fragilisation 2.0 60-120 1.7-3.3 Fragilisation 5.0 100-200 1-2 Fragilisation rapide 10.0 150-300<1 Immediate Material Selection Guide for Sulfide Service
Concentration de sulfure % Matériau recommandé Durée de vie prévue (paroi de 1,5 mm)
<1 Grade 7 titanium 1-2 years 1-5 Grade 7 + cathodic protection 6-12 months >5 PTFE or tantalum coated >5 ans
Un cahier des charges éclairé
Ne pas utiliser de solutions de sulfure avec du titane de grade 2. Utilisez des éléments chauffants de grade 7 (le palladium réduit l'absorption de H) ou des radiateurs revêtus de PTFE. L'ingénieur évite la fragilisation par l'hydrogène en sélectionnant les matériaux appropriés.
