Pour une tige chauffante en titane fonctionnant dans une solution à 50 % de carbonate de potassium à 110 degrés, comment le niveau d'oxygène dissous (0,5 ppm vs . 5 ppm) modifie-t-il la stabilité de la couche de passivation du titanate ?
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Une couche protectrice de titanate de potassium (K₂TiO₃) est formée sur la surface du titane dans 50 % de carbonate de potassium (K₂CO₃) à 110 degrés. La formation de titanates dépend essentiellement de l’oxygène dissous (OD). À faible DO (0,5 ppm), la couche de titanate est fine (0,1 à 0,5 µm) et poreuse et offre une mauvaise protection. À une DO élevée (5 ppm), le revêtement est épais (1 à 3 pm) et dense, ce qui diminue le taux de corrosion de 5 à 10 fois. La couche de titanate est formée par la réaction TiO 2 + K 2 O → K 2 TiO 3 où K 2 O est produit à partir de la décomposition de K 2 CO 3 .
Le mécanisme de l'effet de l'oxygène dissous sur la formation de la couche de titanate
L'oxygène est essentiel pour maintenir la surface du titane dans l'état passif dans lequel le TiO_2 peut se développer. Le TiO2 réagit en présence de K2CO3 et forme K2TiO3. En cas de manque d'oxygène, la couche de TiO2 est fine et défectueuse et la couche de K2TiO3 formée est également défectueuse. À faible DO, la couche contient des fissures et des pores qui permettent une corrosion continue. À DO élevé, la couche augmente uniformément et devient protectrice. En régime permanent, la vitesse de corrosion est déterminée par le passage de l’oxygène à travers la couche de titanate.
Propriétés quantitatives de la couche de titanate en fonction de l'oxygène dissous
110 degrés dans 50 % de K 2 CO 3 pendant 1 000 heures a prouvé ce qui suit lors de tests contrôlés pour le titane de grade 2. À 0 ppm de DO (désaéré), l'épaisseur de la couche de titanate est de 0,05 à 0,1 µm, le taux de corrosion de 0,15 à 0,30 mm/an et la surface poreuse sombre. À 0,5 ppm de DO, l'épaisseur est de 0,1 à 0,3 µm, le taux de corrosion est de 0,08 à 0,15 mm/an et la surface est grise avec une porosité modérée. L'épaisseur est de 0,5 à 1,0 µm. Le taux de corrosion est de 0,03 à 0,08 mm par an. La surface est gris clair avec 2 ppm de DO. À 5 ppm de DO, l'épaisseur est de 1,0 à 2,0 µm, le taux de corrosion est de 0,01 à 0,03 mm/an et la surface est brillante et protégée. À 10 ppm de DO, l'épaisseur est de 2,0 à 3,0 µm, le taux de corrosion est de 0,005 à 0,015 mm par an et la surface est brillante et stable.
Influence de la température sur la demande en oxygène dissous
Avec l'augmentation de la température, le minimum de DO requis pour une passivation stable augmente. Le minimum DO à 80 degrés pour une couche de passivation stable (taux de corrosion<0.02 mm per year) is 1 ppm. The minimum is 2ppm at 100°C. At 110°C the minimum is 3ppm. The minimum is at 120 °C (4 ppm). 5 ppm, 130°C. The DO for a safety margin should be 2–3 times the minimum.
Guide de gestion des niveaux d'oxygène dissous dans les réchauffeurs de carbonate de potassium
Les recommandations concernant les niveaux d'oxygène dissous dans 50 % de K2CO3 à 110 degrés pour les radiateurs en titane de grade 2 et 7 sont données dans le tableau ci-dessous.
DO mesuré (ppm) Stabilité de la couche de titanate Taux de corrosion attendu (mm par an) Action recommandée : 5 Excellent 0,005 à 0,015 Aucun 3-5 Bon 0,01 à 0,03 Surveiller chaque semaine 2 à 3 Marginal 0,03 à 0,08 Air de barbotage 1-2 Mauvais 0,08 à 0,15 Augmenter l'aération
0.5 - 1 Instable 0.15 - 0.30 Refonte ; ajouter un oxydant<0.5 Very unstable >0,30 Non acceptable
L'ingénierie au-delà du DO
La qualité du titane a un impact sur le DO nécessaire. Le grade 7 (stabilisé au palladium) crée une couche de titanate stable à des niveaux de DO inférieurs (1 à 2 ppm à 110 °C) grâce à la réduction de l'oxygène catalysée par le palladium. Le niveau 12e année est destiné au perfectionnement intermédiaire. L'épaisseur de la paroi offre une tolérance à la corrosion ; Une corrosion de 0,03 mm/an sur un mur de 2,0 mm dure 60 ans. La concentration de K2CO3 influence la passivation et une diminution du DO nécessaire est observée à 40 % de K2CO3. Le besoin en DO augmente de 1 à 2 ppm en raison de la présence de chlorures dans la solution K 2 CO 3 (provenant d'impuretés).
Faire une spéculation éclairée
For titanium heat rod in 50% K₂CO₃ at 110°C, ensure dissolved oxygen >5 ppm par barbotage d'air ou injection d'oxygène. Ajoutez une sonde DO avec une alarme réglée à 4 ppm et un verrouillage à 3 ppm. Pour les systèmes existants avec DO < 3 ppm, installer un sparger ou augmenter le taux d'aération . Si l'aération n'est pas possible, diluez le K2CO3 à 40 % ou abaissez la température à 100 degrés. L'ingénieur contrôle l'oxygène dissous au-dessus de 5 ppm pour favoriser une couche de titanate de potassium stable et protectrice et minimiser la corrosion.
