Pour un thermoplongeur en titane dans une solution de persulfate de sodium à 5 % à 50 degrés, pourquoi l'ion persulfate ne passive-t-il pas le titane bien qu'il soit un oxydant puissant et provoque-t-il plutôt une dissolution transpassive ?
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Le persulfate de sodium (Na₂S₂O₈) est un agent oxydant puissant, avec un potentiel de réduction standard pour S₂O₈²⁻/SO₄²⁻ de 2,01 V, ce qui est supérieur à celui de l'acide nitrique. Dans le cas du titane, le persulfate induit une dissolution transpassive plutôt qu'une passivation persistante. À 50 degrés C, le fort potentiel d'oxydation déplace la surface du titane dans la zone transpassive au-dessus de 1,8 V par rapport à une électrode à hydrogène conventionnelle, où la couche passive se décompose et le titane se dissout sous forme de Ti 4 + à un taux de 0,2 à 0,5 mm par an. La dissolution transpassive est uniforme et non piquante. Mais le taux de corrosion est trop élevé pour la plupart des applications.
Mécanisme de dissolution transpassive induite par le persulfate
Le titane a une région passive stable entre environ 0 V et 1,8 V. À des potentiels supérieurs à 1,8 V, le film de TiO2 est oxydé en espèces Ti 4 + solubles : TiO2 + 2H2O → Ti 4 + + 4OH - + 2e - . Le potentiel combiné du titane dans le persulfate, un oxydant très puissant, est de 1,7 à 2,0 V. Dans cette plage, le courant de dissolution transpassif est important. La corrosion est uniforme puisque toute la surface se trouve dans la zone transpassive. Aucune rupture localisée ne se produit mais il y a une dissolution constante du film.
Concentrations de persulfate Taux de corrosion quantitatif en fonction de
Dans le cas du titane de grade 2, les éléments suivants ont été établis lors de tests contrôlés dans du persulfate de sodium à 50 degrés pendant 500 heures. À 0 % de persulfate (référence), le taux de corrosion est de 0,005 à 0,010 mm/an, le potentiel de surface est de 0,2 à 0,5 V et le mécanisme est passif. 1 % de persulfate 0,05 à 0,12 mm/an 1,2 à 1,5 V Taux de persulfate mixte à 3 % 0,12 à 0,25 mm/an Potentiel 1,5 à 1,7 V Mécanisme Amorçage transpassif À 5 % de persulfate, le taux est de 0,20 à 0,40 mm/an, le potentiel est de 1,7 à 1,9 V et le mécanisme est transpassif. Le taux est de 0,35 à 0,60 mm/an à 10 % de persulfate, le potentiel est de 1,8 à 2,0 V et le mécanisme est sévèrement transpassif.
Effet de la température sur la transition transpassive
À des températures plus élevées, la région transpassive se déplace vers des potentiels plus faibles. Le taux de corrosion est transpassif et est de 0,10 à 0,20 mm/an à 25 degrés et 5 % de persulfate. Il pousse de 0,15 à 0,30 mm par an à 40 degrés. Le taux est de 0,20 à 0,40 mm/an à 50 degrés. Le taux est de 0,30 à 0,60 mm par an à 60 degrés. Le taux est supérieur à 0,50 mm/an au-dessus de 70 degrés. Plus la température est élevée, plus la dissolution transpassive est sévère.
**Guide de sélection des matériaux dans le service persulfate
Le tableau suivant donne des recommandations pour le chauffage des solutions de persulfate de sodium en fonction de la concentration et de la température.
Concentration de persulfate (%) Température (degrés) Taux de corrosion de niveau 2 (mm/an) Taux de corrosion (mm/an) Matériau recommandé de niveau 7<1 50 0.05–0.10 0.03–0.06 Grade 7 with thick wall 1–3 40 0.08–0.15 0.05–0.10 PTFE-coated titanium 1–3 50 0.12–0.25Not recommended for titanium 3–5 30 0.10–0.20 0.06–0.12 Tantalum or PTFE >5 Any >0.20 >0,12 Tantale ou PTFE
Titane et au-delà des choix d'ingénierie
Les taux de dissolution transpassive du grade 7 sont légèrement inférieurs à ceux du grade 2 (diminution de 30 à 50 %) en raison de l'enrichissement en palladium, mais l'amélioration n'est pas suffisante pour rendre le titane approprié pour le service au persulfate. L'épaisseur de paroi est donnée pour tenir compte de la corrosion. Avec un mur de 2,0 mm et une corrosion de 0,20 mm par an, le mur durera 10 ans, mais cela est négligeable. Les éléments chauffants en titane recouverts de PTFE offrent une grande résistance et maintiennent le métal isolé de la solution de persulfate. Le tantale présente une plage passive beaucoup plus élevée et résiste aux persulfates. Le zirconium fonctionne également bien, mais il coûte cher.
Confiance dans les spécifications
Le taux de corrosion prévu pour un thermoplongeur en titane dans 5 % de persulfate de sodium à 50 degrés est de 0,20 à 0,40 mm par an, ce qui est trop élevé pour une utilisation à long terme. Utilisez un élément chauffant en titane recouvert de PTFE ou un élément chauffant au tantale. 0.5 mm PTFE. L'épaisseur de la paroi doit être de 2,5 mm. Si du titane est nécessaire, la concentration en persulfate doit être maintenue à 2 % et la température à 40 degrés. Vérifiez l'épaisseur du radiateur une fois par an en fonctionnement. Lorsque l'épaisseur du mur est de 1,0 mm, changez le radiateur. Sachant que le persulfate est un dissolveur transpassif et non un passivant, l'ingénieur sélectionne les matériaux adaptés à cet environnement oxydant sévère.
