In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11, le silicate forme un film protecteur continu, non-poreux, d'une épaisseur de 0,5 à 2 µm. À pH 9, le film est poreux, fissuré et non-protecteur, permettant au chlorure ou à d'autres espèces agressives de pénétrer et de provoquer des piqûres. La différence provient de l’état de polymérisation des ions silicates. À pH élevé, le silicate existe sous forme d'ions SiO₄⁴⁻ monomères qui forment un film dense et vitreux. À un pH plus bas, le silicate polymérise en chaînes colloïdales qui produisent une structure poreuse et fissurée.

Le mécanisme de formation du film de silicate dépendant du pH-

The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), l’équilibre favorise les ions monomères, qui se déposent sous forme d’un film dense de silice amorphe. À pH 9-10, les ions polymérisent en structures en forme de chaîne-qui créent un réseau poreux. Le film incorpore également des ions sodium, formant un verre de silicate de sodium. La qualité de protection est déterminée par la densité du film et l'absence de micro-fissures.

Qualité quantitative du film en fonction du pH

Des tests contrôlés dans 10 % de Na₂SiO₃ à 80 degrés pendant 500 heures ont établi ce qui suit pour le titane de grade 2. À pH 8, l'épaisseur du film est de 0,1 à 0,3 µm, la porosité du film est élevée, le taux de corrosion est de 0,15 à 0,30 mm par an et des piqûres sont présentes. À pH 9, l'épaisseur est de 0,2 à 0,5 µm, la porosité est élevée, le taux de corrosion est de 0,08 à 0,20 mm par an et les piqûres sont occasionnelles. À pH 10, l'épaisseur est de 0,5 à 1,0 µm, la porosité est modérée, le taux de corrosion est de 0,04 à 0,10 mm par an et les piqûres sont rares. À pH 11, l'épaisseur est de 1,0 à 1,5 µm, la porosité est faible, le taux de corrosion est de 0,02 à 0,05 mm par an et aucune piqûre ne se produit. À pH 12, l'épaisseur est de 1,5 à 2,5 µm, la porosité est très faible, le taux de corrosion est de 0,01 à 0,03 mm par an et aucune piqûre ne se produit. À pH 13, l'épaisseur est de 2,0 à 3,0 µm, la porosité est très faible, le taux de corrosion est de 0,005 à 0,015 mm par an et aucune piqûre ne se produit.

Influence de la température sur les besoins en pH

Le pH minimum requis pour un film protecteur augmente avec la température. À 60 degrés, le pH minimum est de 10,5 et le pH recommandé est de 11,0. À 80 degrés, le minimum est de 11,0 et le recommandé est de 11,5. À 100 degrés, le minimum est de 11,5 et le recommandé est de 12,0. À 120 degrés, le minimum est de 12,0 et le recommandé est de 12,5. Des températures plus élevées favorisent la polymérisation des silicates, nécessitant un pH plus élevé pour maintenir l'état monomère.

Guide de contrôle du pH pour le service de métasilicate de sodium

Le tableau suivant fournit des recommandations pour le contrôle du pH afin de maintenir un film protecteur de silicate sur les éléments chauffants en titane de grade 2 dans 10 % de métasilicate de sodium à 80 degrés.

Ingénierie au-delà du contrôle du pH

La qualité du titane affecte le pH requis. Le grade 7 (palladium-stabilisé) forme un film protecteur de silicate à un pH de 10,5 à 11,0, légèrement inférieur au grade 2. Le grade 12 offre un comportement similaire au grade 2. L'épaisseur de la paroi offre une marge de corrosion si le film n'est pas entièrement protecteur. La concentration en silicate affecte la formation du film ; à 5% de Na₂SiO₃, le pH requis est de 11,5. A 15% de Na₂SiO₃, le pH requis est de 10,5. La présence de chlorures (provenant d'impuretés) augmente le pH requis de 0,5 à 1,0 unités. La solution doit être surveillée avec un pH-mètre calibré pour les solutions à pH élevé-.

Faire une spécification éclairée

Pour un thermoplongeur en titane dans 10 % de métasilicate de sodium à 80 degrés, maintenez le pH au-dessus de 11,0 en ajoutant de l'hydroxyde de sodium. Installez un contrôleur de pH avec une alarme réglée à 10,8 et un verrouillage à 10,5. Pour les systèmes existants dont le pH est inférieur à 11, ajoutez du NaOH pour augmenter le pH à 11,5. Si le pH ne peut pas être augmenté, utilisez du titane de grade 7 ou réduisez la température à 60 degrés. Pendant le fonctionnement, inspectez la surface du radiateur pour détecter toute piqûre ; si des piqûres sont observées, augmenter immédiatement le pH. En contrôlant le pH au-dessus de 11, l'ingénieur assure la formation d'un film de silicate protecteur et non poreux sur le titane.