Pour la production de pigments (TiO₂ via un procédé au chlorure), chauffer une solution de chlorure ferrique (25 %) à 70 degrés. Quel alliage de titane résiste à l'abrasion - à la corrosion des particules solides de TiO₂ ?

La procédure au chlorure pour la synthèse du pigment de dioxyde de titane (TiO 2 ) utilise une solution à 25 % de chlorure ferrique (FeCl 3 ) à 70 degrés comme agent de chloration. La solution contient des particules de TiO2 en suspension (1-10 ​​µm de diamètre) qui sont très abrasives. Les tubes chauffants immergés dans cette bouillie sont simultanément exposés à l'abrasion (enlèvement mécanique de matière par des particules solides) et à la corrosion (dissolution électrochimique du métal exposé). Cette synergie -abrasion-corrosion entraîne des taux de perte de matériaux nettement plus élevés que l'un ou l'autre mécanisme seul. L'étude évalue la résistance à l'abrasion-corrosion des nuances de titane (2, 7, 12 et 24) dans le chlorure ferrique chargé en TiO 2 et définit l'alliage optimal pour ce service.

Mécanisme de corrosion par abrasion
Sur le titane, le revêtement de protection passive est continuellement détruit par l'impact des particules dans une suspension corrosive contenant des particules. La solution agressive de FeCl3 expose du titane nu et frais qui s'est corrodé rapidement puis repassivé, pour ensuite que le nouveau film soit éliminé lors du prochain impact de particules. Le facteur de synergie (usure totale/somme abrasion pure et corrosion pure) est compris entre 2 et 10 pour les alliages de titane.

Paramètres critiques : Dureté des particules (TiO2 est dur, Mohs 6-7) Forme des particules (les particules angulaires sont plus abrasives) Vitesse (une vitesse plus élevée augmente l'énergie d'impact) Angle d'impact (les impacts normaux causent plus de dégâts que le coup d'œil)

Tests comparatifs
Tests contrôlés d'érosion en boue-corrosion avec un disque rotatif (vitesse linéaire 2 m/s, particules de TiO2 10 % en poids, FeCl3 25 %, 70 degrés, 100 h) :

Grade 2 (commercialement pur) : Film passif retiré rapidement. Taux de corrosion à l'abrasion 0,8-1,2 mm/an. Gouges et piqûres profondes en surface. Après 100 h, la perte de poids équivaut à une pénétration de 0,1 mm. La 2e année ne fonctionne pas.

Grade 7 (Ti-0,15Pd) : Le palladium produit une modification cathodique améliorant légèrement la résistance à la corrosion mais n'augmentant pas la dureté. Le taux de corrosion par abrasion est de 0,5 à 0,9 mm/an. C'est plus que de la 2ème classe, mais ça reste élevé. La matrice souple (dureté ~ 180 HV) s’use facilement.

Grade 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) La dureté est augmentée à environ 200-220 HV par le molybdène et le nickel. Le taux de corrosion par abrasion est de 0,3 à 0,6 mm par an. Bon pour un service modéré mais pas le meilleur. Les performances améliorées sont dues à une surface plus dure et non à une résistance accrue à la corrosion.

Grade 24 (Ti-6Al-4V-0,1Ru) : alliage alpha-bêta d'une dureté de 320-360 HV (recuit), traitable thermiquement à 380-400 HV. Le ruthénium (0,1 %) offre une résistance à la corrosion similaire à celle du grade 7. Taux de corrosion par abrasion : 0,08 à 0,15 mm/an, 5 à 10 fois supérieur au grade 2. La surface dure résiste à l'impact des particules et maintient ainsi le film passif plus longtemps. Après 100 heures, seules des rayures superficielles ont été observées, aucune rayure.

La dureté comme paramètre critique
Grade titane Dureté (HV, recuit) Abrasion-Taux de corrosion (mm/an)Facteur de durée de vie relative Facteur de coût
Note 2 150-180 0.8-1.2 1x 1,0x
Note 7 150-180 0.5-0.9 1.3-1.6x 1,4x Note 12 200-220 0.3-0.6 2-3x 1,3x
Grade 24 (recuit) 320-360 0.08-0.15 6-12x 2,0-2,5x
24e année (âgés) 380-400 0.05-0.10 10-15 fois 2,2 à 2,8 fois
Hastelloy C-276 (pour référence) 250-300 0.08-0.12 Similaire au grade 24 3.5-4.0x
Matrice d'application pour les réchauffeurs de lisier TiO2
Condition de service Particules/cm3Taille des particules Vitesse d’écoulement Alliage de titane recommandé Durée de vie prévue (paroi de 1,65 mm)
Faible teneur en solides, faible vitesse<5 wt% <5 µm <1 m/sec Grade 12 3-5 years
Solides modérés typiques 5-15 % en poids 5-15 µm 1-2 m/s Grade 24 (recuit) 5-8 ans
Haute teneur en solides 15-25 % en poids 10-50 µm 2-3 m/sec Grade 24 (vieilli) 4-6 ans
Any service with big angular particles >50 µm 3 m/s Grade 24 avec paroi plus épaisse (2,5 mm) 5-7 ans
Severe service (reboiler, high turbidity)Any Any >3 m/s Grade 24 ou Hastelloy C-276 Conception spécifiée
Implications pratiques
Le titane de grade 24 (Ti-6Al-4V-0.1Ru) offre la meilleure résistance à l'abrasion et à la corrosion dans la production de pigments en chauffant du chlorure ferrique (25 %) avec des particules de TiO₂ en suspension à 70 degrés. Sa dureté élevée (320-400 HV) empêche l'impact des particules, tandis que le ruthénium lui confère une résistance à la corrosion comparable à celle du grade 7. La durée de vie prévue avec une paroi de 1,65 mm est de 5 à 8 ans, soit 6 à 12 fois plus longue que celle du grade 2. Le grade 12 est adéquat pour un service à faible vitesse ou à faible teneur en solides, mais échouera prématurément dans des conditions normales. Aucun service de particules n'est suggéré dans cet environnement de grade 2 et de grade 7. Pour le grade 24, commandez un état recuit ou vieilli comme l'exigent les spécifications de dureté. Pour une nouvelle installation, envisagez des tubes de grade 24 avec une paroi de 2,0 mm pour une marge de sécurité supplémentaire.. - Établissez un programme annuel de surveillance de l'épaisseur par ultrasons au niveau des coudes et des zones d'entrée où l'impact des particules est le plus grave. Si vous possédez un appareil de chauffage de grade 2 ou de grade 12 qui tombe en panne prématurément, envisagez de passer au grade 24 lors du prochain remplacement. L'augmentation du coût du grade 24 (2 à 2,5 fois plus élevé que celui du grade 2) est compensée par une durée de vie plus longue et une réduction des temps d'arrêt pour le remplacement du réchauffeur.