Le dichromate de sodium (Na₂Cr₂O₇) à 10 % de concentration et 70 degrés est une solution fortement oxydante. Le chrome hexavalent (Cr⁶⁺) est un oxydant puissant avec un potentiel de réduction standard de +1.33 V pour Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺. Dans de nombreux métaux, comme l’acier inoxydable, les ions chromates favorisent la passivation. Cependant, sur le titane, le chrome hexavalent ne produit pas de film passif stable. Les ions chrome ne s'intègrent pas dans le réseau de dioxyde de titane et le potentiel d'oxydation élevé entraîne en fait le titane dans la région transpassive, provoquant une dissolution continue du film passif. Le taux de corrosion du titane dans du bichromate de sodium à 10 % à 70 degrés est de 0,05 à 0,15 mm par an, ce qui est plus élevé que dans de nombreuses solutions de chlorure neutre.

Le mécanisme de comportement du titane dans les solutions de chrome hexavalent

Le titane repose sur un film TiO₂ stable pour la passivation. Dans les solutions de dichromate, la réaction de réduction Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O se produit à la surface du titane. Cette réaction a une densité de courant d'échange élevée, déplaçant le potentiel mixte du titane à des valeurs supérieures à +1.0 V par rapport à une électrode à hydrogène standard. À des potentiels aussi nobles, le titane entre dans la région transpassive où le film de TiO₂ s'oxyde davantage en espèces Ti⁴⁺ solubles. Le film passif se dissout continuellement au lieu de rester stable. De plus, les ions chromates ne forment pas de composés insolubles avec le titane qui pourraient agir comme une couche barrière, contrairement au fer ou au chrome où le chromate forme des oxydes de spinelle protecteurs.

Taux de corrosion quantitatifs et analyse de surface

Des tests contrôlés dans 10 % de Na₂Cr₂O₇ à 70 degrés pendant 1 000 heures ont établi le comportement de corrosion suivant pour le titane de grade 2. Le taux de corrosion est de 0,05 à 0,15 mm par an, soit 5 à 15 fois plus élevé que le taux de corrosion dans l'eau douce à la même température. La surface présente une décoloration jaune-brune due à un dépôt d'oxyde ou d'hydroxyde de chrome. L'analyse par spectroscopie photoélectronique à rayons X-indique que le film de surface contient un mélange de TiO₂ et de Cr(OH)₃, mais le film est poreux et non-protecteur. Le potentiel en circuit ouvert-se stabilise entre +0.6 à +0.9 V par rapport à Ag/AgCl, qui se trouve dans la région transpassive. Aucune piqûre n’est observée ; au lieu de cela, un éclaircissement uniforme se produit. En comparaison, le titane de grade 2 dans 3 % de NaCl à 70 degrés a un taux de corrosion de 0,01 à 0,03 mm par an avec un potentiel passif de +0.1 à +0.3 V.

Influence de la concentration et de la température sur la gravité de la corrosion

Le taux de corrosion augmente avec la concentration en dichromate et la température. À 5 % de Na₂Cr₂O₇ et 70 degrés, le taux de corrosion est de 0,03 à 0,08 mm par an. À 10 % et 70 degrés, le taux est de 0,05 à 0,15 mm par an. À 15 % et 70 degrés, le taux s'élève à 0,08-0,20 mm par an. À 10 % et 50 degrés, le taux chute à 0,02 à 0,05 mm par an. À 10 % et 90 degrés, le taux augmente jusqu'à 0,10-0,25 mm par an. À 20 % et 90 degrés, le taux atteint 0,15 à 0,35 mm par an. La corrosion est uniforme, sans piqûres, car la dissolution transpassive se produit uniformément sur toute la surface. L’énergie d’activation du processus est d’environ 40 kJ/mol, ce qui indique un contrôle mixte de cinétique et de diffusion.

Comportement à la corrosion de différentes qualités de titane dans les solutions de dichromate

Le tableau suivant compare les taux de corrosion de différentes qualités de titane dans du bichromate de sodium à 10 % à 70 degrés sur 1 000 heures, ainsi que leurs caractéristiques de film passif.

Guide d’atténuation et de sélection des matériaux pour le service dichromate

Pour les applications nécessitant le chauffage de solutions de dichromate de sodium, le tableau suivant fournit des recommandations pour la sélection des éléments chauffants en titane et les limites de fonctionnement.

Ingénierie au-delà de la sélection des grades

L'épaisseur de la paroi offre une tolérance à la corrosion ; un mur de 2,0 mm avec un taux de corrosion de 0,10 mm par an dure 20 ans. La finition de la surface du tube a un effet minimal sur la dissolution transpassive. La présence de chlorures dans la solution de dichromate, qui peuvent provenir d'eau impure, augmente le taux de corrosion de 2 à 3 fois. L'ajout d'ions sulfate a un léger effet inhibiteur. Le taux de corrosion peut être réduit de 30 à 50 % en désaérant la solution pour éliminer l'oxygène, ce qui ralentit la réaction cathodique.

Faire une spécification éclairée

Pour un thermoplongeur électrique en titane dans du bichromate de sodium à 10 % à 70 degrés, attendez-vous à un taux de corrosion de 0,05 à 0,15 mm par an pour le grade 2 ou de 0,04 à 0,12 mm par an pour le grade 7. Spécifiez une épaisseur de paroi minimale de 2,0 mm pour assurer une durée de vie de 10 à 20 ans. Pour des concentrations ou des températures plus élevées, envisagez de réduire la température de fonctionnement ou de diluer la solution de dichromate. Pendant le fonctionnement, surveillez le radiateur pour détecter les changements de résistance électrique, qui peuvent indiquer un amincissement. Si la solution est contaminée par des chlorures, réduisez la température à 50 degrés. En comprenant que le chrome hexavalent ne passive pas le titane mais provoque plutôt une dissolution transpassive, l'ingénieur sélectionne l'épaisseur et la qualité de paroi appropriées pour une durée de vie prévisible dans les solutions de bichromate de sodium.