Comment la présence d'ions oxydants (Fe³⁺, Cu²⁺) dans 5 % d'acide sulfurique à 60 degrés étend-elle ou réduit-elle la plage passive des tubes chauffants en titane de grade 2 ?

Le titane de grade 2 est proche de sa transition active-passive dans 5 % de H2SO4 à 60 degrés. Grade 2. Il s'érodera vigoureusement dans l'acide désaéré à des taux de 0,5 à 2,0 mm par an. En présence d'oxygène dissous ou d'ions oxydants (Fe³⁺, Cu²⁺, Cr⁶⁺) le titane se passive et la vitesse de corrosion est inférieure à 0,01 mm/an. Mais les ions oxydants peuvent parfois conduire à une passivation excessive ou à des piqûres en grande quantité. L'effet de Fe3+ et Cu2+ sur l'extension ou la réduction de la plage passive du grade 2 dans 5 % de H2SO4 à 60 degrés est discuté dans cet article.

Mécanisme de passivation par source d'ions oxydants
Les espèces oxydantes réductibles sont les ions ferriques (Fe3+) et cuivriques (Cu2+). Leur réduction à la surface du titane donne un courant cathodique qui polarise le titane dans la région passive : Fe3+ + e- → Fe2+ (E0=+0.77 V contre SHE) Cu2+ + 2e- → Cu0 (E0=+0.34 V contre SHE) Le potentiel critique de passivation du titane dans 5 % de H2SO4 est de ~ -0,2 à 0 V par rapport à SCE. Fe 3+ et Cu 2+ créent tous deux suffisamment de courant cathodique pour dépasser cette barrière.

Effets de la concentration
Tests de niveau 2 dans 5 % de H2SO4 à 60 degrés à différentes concentrations de Fe3+ et Cu2+ :

Pas d'ions oxydants (désaérés) : Corrosion active 1,0-2,0 mm/an.

Fe³⁺ 10 ppm La passivation se produit. Le taux de corrosion diminue à 0,02-0,05 mm/an. La gamme passive est élargie.

50–500 ppm Fe3+ Passivation stable. Taux de corrosion 0,01-0,03 mm/an. Meilleure gamme.

Fe3+ 1, 000–5 000 ppm : toujours passif, mais le risque de piqûres augmente en présence de chlorures.

Fe³⁺ 5 000 ppm : peut produire une sur-passivation à des températures plus élevées (mais pas à 60 degrés).

Pour Cu 2+ : Même réaction , mais Cu 2+ peut déposer du cuivre métallique sur du titane ( Cu 2+ + 2e − → Cu 0 ) . Les dépôts de cuivre sont des cellules galvaniques, ce qui est bon s'ils sont uniformes, mais mauvais s'ils sont nodulaires.

Actions synergiques et antagonistes
Fe³⁺ + Cu²⁺ ensemble : Meilleure stabilité de passivation que chacun seul. En présence de Fe3+, le potentiel mixte est intermédiaire et les dépôts de cuivre sont plus uniformes.

Ions oxydants + chlorures : En présence d'ions oxydants, les chlorures (même 10-50 ppm) peuvent provoquer des piqûres. La passivation et l'anion agressif constituent la combinaison optimale pour la corrosion par piqûres.

Ions oxydants + agents réducteurs Si les agents réducteurs (SO₂, H₂S, matière organique) utilisent Fe³⁺, la passivation est perdue. Vérifiez la concentration en Fe3+.

Taux de corrosion mesuré
Taux de corrosion par concentration d'ions oxydants (mm/an)Passif ? Danger de piqûre
Aucun (désaéré) 0 ppm 1,0-2,0 Non Aucun (corrosion active)
Fe3+10 ppm0,02-0,05OuiFaibleFe3+100 ppm0,01-0,02OuiFaibleFe3+1,000 ppm0,01-0,03OuiFaible (si Cl- 10 ppm)
Cu²⁺ 10 ppm 0.03 - 0.08Oui (avec dépôt de Cu) Modéré Cu2+ 100 ppm 0,02-0,05 Oui Modéré (Cu nodulaire)
Fe³⁺ + Cu²⁺ (1:1) 100 ppm chacun 0,01-0,02 Oui Faible Fe³⁺ + 50 ppm Cl⁻ 100 ppm 0,02-0,05 (piqûres) Oui (mais piqûres) Matrice d'application élevée pour grade 2 dans 5 % H₂SO₄ à 60 degrés
Condition de service Niveau d'ions oxydants Niveau de chlorure Performance prévue de niveau 2 Action recommandée
Acide désaéré Aucun Tout Corrosion active (1-2 mm/an)Ajouter du Fe3+ ou utiliser du Grade 7
Barbotage d'airO₂ (8 ppm)<10 ppm Passive (0.01-0.03 mm/yr)Not Acceptable
Fe3+ provenant du processus (par exemple, décapage de l'acier) 50-500 ppm<10 ppmExcellent passive (0.01mm/year) Mint condition
Fe3+ + chlorides e.g. HCl pollution 100 ppm 50 ppm Pitting (0.1-0.3 mm/year pits) Add Fe3+ >500 ppm ou moins Cl- Cu2+ provenant du traitement du cuivre en amont 100 ppm<10 ppmPassive with Cu depositionCheck copper thickness Clean once a year
Les tubes chauffants de grade 2 dans 5 % de H 2 SO 4 à 60 degrés avec l'ajout de 10 à 500 ppm de Fe 3+ montrent une augmentation de la plage passive avec les taux de corrosion<0.03 mm/year compared to >1 mm/an. Fe³⁺ est bon et doit si possible être maintenu. Le Cu²⁺ favorise également la passivation mais peut déposer du cuivre métallique-les dépôts uniformes sont protecteurs, les dépôts nodulaires provoquent des agressions galvaniques. Les ions oxydants se combinent avec les chlorures et provoquent des piqûres. Maintenez Fe³⁺ au-dessus de 500 ppm pour éviter les piqûres causées par les chlorures. Pour les nouveaux processus, envisagez d'ajouter 50-100 ppm de Fe3+ (sous forme de Fe2(SO4)3) pour assurer la passivation. Si les ions oxydants ne peuvent pas être conservés, spécifiez du titane grade 7. Pour les réchauffeurs existants à corrosion active, l'injection de solution de Fe3+ déplace le réchauffeur dans la plage passive ; cette intervention peu coûteuse peut prolonger la durée de vie du radiateur de plusieurs mois à plusieurs années.