Dans un chauffe-gaine en titane soumis à un nettoyage quotidien avec 10 % d'acide phosphorique à 80 degrés, comment la qualité de l'eau de rinçage (du robinet ou désionisée) influence-t-elle la cinétique de repassivation et les piqûres ultérieures en service ?

Dans les opérations industrielles, les gaines chauffantes en titane sont soumises à des conditions alternées de corrosion et de lavage avec un cycle de nettoyage quotidien, utilisant 10 % d'acide phosphorique à 80 degrés. La qualité de l’eau de rinçage entre les cycles de nettoyage est essentielle à la cinétique de repassivation de la surface en titane. L'eau désionisée avec une résistivité > 1 MΩ·cm permet une repassivation rapide et la formation d'un film passif stable en 10 à 30 min. L'eau du robinet contenant des chlorures (généralement 50 à 200 ppm) et d'autres ions ralentit la repassivation, augmentant le temps nécessaire pour obtenir une couche stable à 2 à 6 h et laissant des chlorures adsorbés à la surface qui servent de sites de départ pour les piqûres lors d'une opération ultérieure. La qualité de l’eau de rinçage choisie affecte directement la densité des piqûres et la durée de vie du réchauffeur.

Le mécanisme d'influence de l'eau de rinçage sur la cinétique de repassivation

Après traitement avec 10% d'acide phosphorique, la surface du titane est dans un état actif ou partiellement passif. L'acide est éliminé par rinçage mais il détermine également la chimie de la solution dans laquelle se produit la repassivation. L'eau déminéralisée fournit un environnement propre et à faible conductivité pour la croissance uniforme du film passif de titane. Aucun ion hostile n'est présent et une couche dense de TiO2 stoechiométrique peut être formée. Les ions chlorure de l’eau du robinet sont adsorbés sur la surface du titane et entrent en compétition avec l’oxygène pour les sites d’adsorption. De plus, les chlorures arrêtent la création du film passif et peuvent rester piégés sous l'oxyde au fur et à mesure de sa formation, provoquant des points faibles qui commenceront à se piquer lorsque le radiateur sera remis en service. Le temps de repassivation est le temps nécessaire pour que la densité du courant de corrosion descende en dessous de 1 µA/cm2 après rinçage.

Temps de repassivation quantitatifs et taux de piqûres de différentes qualités d'eau de rinçage

Des tests contrôlés de coupons en titane de grade 2, utilisant une immersion quotidienne d'une heure dans 10 % d'acide phosphorique à 80 degrés, suivi d'un rinçage de 15 minutes puis d'une immersion dans 3 % de NaCl à 60 degrés pour reproduire le service, ont établi le comportement suivant sur 30 cycles. Le temps de repassivation après rinçage avec de l'eau déminéralisée avec une résistivité de 18 MΩ·cm est de 10 à 30 minutes, l'épaisseur du film passif après 1 heure est de 3 à 5 nm, la densité de piqûres lors d'un service ultérieur est de 0 à 5 piqûres par cm² et la profondeur maximale des piqûres après 500 heures est de 0 à 20 µm. Cette performance est considérée comme excellente. Le temps de repassivation dans l'eau du robinet adoucie (résistivité de 10 000 Ω·cm, 20 ppm de chlorure) augmente jusqu'à 30 à 90 min, l'épaisseur du film après 1 h est de 2 à 4 nm, la densité de piqûres est de 5 à 20 piqûres/cm2 et la profondeur des piqûres est de 20 à 80 μm, ce qui indique de bonnes performances. eau du robinet normale, résistivité de 2 000 Ohm- cm, temps de repassivation du chlorure de 100 ppm 1 à 3 heures épaisseur du film après 1 heure densité de piqûres de 1 à 3 nm 20 à 80 piqûres/cm2 profondeur des piqûres 80 à 200 mm médiocre à pauvre. L'eau dure du robinet a un temps de repassivation de 3 à 6 h, une épaisseur de film de 1 à 2 nm après 1 h, une densité de piqûres > 80 piqûres/cm² et une profondeur de piqûres > 200 µm à une résistivité de 500 Ω·cm et 200 ppm de chlorure, ce qui est inacceptable.

Effet de la durée et de la température du rinçage sur la qualité de la repassivation

L'efficacité du rinçage est fonction de la qualité de l'eau et des paramètres du rinçage. Un rinçage de 5 minutes avec de l'eau déminéralisée a entraîné une repassivation de 80 % par rapport à un rinçage de 30 minutes. Un rinçage de 60 minutes à l'eau du robinet contenant 100 ppm de chlorure n'équivaut pas à un rinçage de 10 minutes à l'eau déminéralisée en terme de qualité de repassivation. La température de l’eau de rinçage est un autre facteur important ; L'eau de rinçage tiède (40 degrés) améliore la cinétique de repassivation de 30 à 50 % par rapport à l'eau de rinçage froide (20 degrés) pour l'eau déminéralisée et l'eau du robinet. Mais l’eau chaude du robinet peut provoquer une concentration de chlorures tout au long du processus de séchage, ce qui aggravera le résultat. Pour toutes les qualités d'eau, un avantage supplémentaire est un rinçage final à l'eau déminéralisée après le rinçage principal.

Cycles de nettoyage à l'acide phosphorique - Guide de choix de la qualité des eaux de rinçage

Les recommandations concernant la qualité de l'eau de rinçage pour les cycles de nettoyage quotidiens avec 10 % d'acide phosphorique à 80 degrés sont données dans le tableau suivant, en fonction de la résistance aux piqûres souhaitée et de la durée de vie lors d'un service ultérieur contenant du chlorure-.

Densité de piqûres souhaitée (piqûres/cm2) après 500 heures Chlorure maximum autorisé dans l'eau de rinçage (ppm) Résistivité minimale recommandée de l'eau de rinçage (Ω·cm) Durée de rinçage recommandée (minutes) Rinçage final requis<5 <10 >100,000 15 Oui (pulvérisation DI)
5 - 20 10 - 50 10,000 - 100,000 20 recommandés
20–80 50–150 1,000–10,000 30 Recommended >80 >150 <1,000 60+ Not effective Engineering Beyond Rinse Water Quality Control

La qualité du titane impacte la cinétique de repassivation. Le grade 7 (palladium-stabilisé) repassive 2-3 fois plus rapidement que le grade 2 dans n'importe quelle qualité d'eau de rinçage, réduisant ainsi la sensibilité à la contamination par les chlorures. L'épaisseur de la paroi offre une tolérance aux piqûres. Un mur de 2,0 mm, avec des piqûres modérées dues au rinçage à l'eau du robinet, peut durer de 5 à 8 ans, mais un mur de 1,2 mm se briserait plus tôt. La technique de séchage après rinçage est importante. Le séchage à l'air chaud forcé à 60 degrés pendant 10 minutes élimine les restes d'humidité, évitant ainsi les zones de concentration de chlorure. Si le volume d'eau déminéralisée est limité, un compromis rentable est un rinçage en deux étapes (eau du robinet suivie d'eau déminéralisée).

Fournir une spécification éclairée

Pour un chauffe-gaine en titane utilisé quotidiennement avec 10 % d'acide phosphorique à 80 degrés puis exposé à un environnement contenant du chlorure, utilisez un rinçage en deux -étapes. Un premier rinçage à l'eau du robinet pendant 1 minute suivi d'un rinçage final à l'eau déionisée de résistivité 18 MΩ·cm pendant 10 minutes à 40 degrés. Spécifiez que l’eau de rinçage final doit contenir moins de 10 ppm de chlorures. Si l'eau déminéralisée n'est pas disponible pour les installations existantes, ajoutez une cartouche de déionisation à la conduite de rinçage ou prolongez le temps de rinçage à 60 minutes avec séchage à air pulsé. Après la procédure de rinçage lors de la mise en service, un échantillon test a été mesuré pour le potentiel de repassivation. Une valeur inférieure à -0,1 V par rapport à Ag/AgCl dans 3 % de NaCl indique une repassivation incomplète et nécessite un rinçage plus long ou de meilleure qualité. L'ingénieur utilise de l'eau de lavage désionisée plutôt que de l'eau du robinet pour une repassivation rapide et sans piqûres supplémentaires en service.