Lorsqu'un chauffage à gaine en titane est utilisé pour faire bouillir une solution de tartrate de sodium à 5 % à 103 degrés, pourquoi l'ion tartrate complexe-t-il les ions de titane et empêche-t-il la repassivation, conduisant à une corrosion uniforme à 0,2 mm par an ?

Dans le tartrate de sodium à 5 %, l'ion tartrate (C₄H₄O₆²⁻) est un puissant agent chélateur du titane à 103 degrés (ébullition). L'attaque par piqûres est provoquée par le chlorure et le fluorure, mais le tartrate conduit à la formation de complexes solubles de tartrate de titane : Ti⁴⁺ + 3C₄H₄O₆²⁻ → [Ti(C₄H₄O₆)₃]⁴⁻. La complexation élimine les ions Ti 4+ de la surface au fur et à mesure de leur formation et inhibe la formation d'un film passif stable. Sans revêtement protecteur, le titane s'érodera uniformément à un taux constant de 0,15 à 0,25 mm par an, sans piqûres localisées. Le taux de corrosion n'est pas fonction du temps après une phase transitoire initiale.

Mécanisme du tartrate-Corrosion uniforme induite

L'ion tartrate possède plusieurs groupes hydroxyle et carboxyle capables de former des cycles chélates stables à cinq chaînons avec Ti 4+ . log K~20). La constante de formation du complexe Ti-tartrate est exceptionnellement élevée. Cela signifie que tout Ti⁴⁺ libéré de la surface métallique est complexé et rapidement mis en solution. Le film passif ne peut pas croître, car le produit de solubilité du TiO2 n'est dépassé qu'à des concentrations locales très élevées de Ti4+. Le processus de corrosion est basé sur la dissolution directe du métal : Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻, suivie d'une complexation rapide. Puisqu’il n’y a pas de film passif susceptible de se décomposer localement, le processus est uniforme.

Taux de corrosion quantitatif par rapport à la concentration de tartrate

Des tests contrôlés dans des solutions bouillantes de tartrate de sodium (103 degrés) pendant 500 heures ont établi ce qui suit pour le titane de grade 2. À 0 % de tartrate (eau pure), le taux de corrosion est de 0,005 à 0,010 mm/an, la surface est brillante et le mécanisme est passif. À 1 % de tartrate, le taux est de 0,03 à 0,06 mm par an, la surface présente une légère gravure et le mécanisme est mixte. À 3 % de tartrate, le taux est de 0,08 à 0,15 mm/an, la surface présente une gravure uniforme et la complexation est le processus prédominant. Avec 5 % de tartrate, le taux est de 0,15 à 0,25 mm/an, la surface a un fini mat uniforme et le processus est à dominante de complexation . 0.20-0.35 mm/an à 10 % de tartrate, surface uniformément mate, mécanisme de complexation sévère.

Effet du pH et de la température sur le taux de complexation

Le taux de complexation et le taux de corrosion dépendent du pH et de la température. Le taux de corrosion à 60 C, pH 7 et 5 % de tartrate est de 0,04 à 0,08 mm/an. Le taux à 80 degrés et pH 7 est de 0,08 à 0,15 mm/an. Le taux est de 0,15 à 0,25 mm/an à 100 degrés et pH 7. Le taux est de 0,10 à 0,18 mm par an à 100 degrés et pH 9 (un pH plus élevé réduit la corrosion). Taux à 100 degrés, pH 5, 0,20 à 0,35 mm/an (un pH plus bas augmente le taux de corrosion). L'énergie d'activation est d'environ 50 kJ/mol.

Contrôle de la concentration en tartrate et du pH dans les radiateurs en titane

Le tableau suivant donne les conditions de fonctionnement recommandées pour les réchauffeurs en titane de grade 2 et 7 dans des solutions de tartrate de sodium.

Concentration de tartrate de sodium (%) Température (degrés) pH Grade 2 Taux de corrosion (mm/an) Taux de corrosion (mm/an) Grade 7Recommandation<1 100 7 0.03–0.06 0.02–0.04 Acceptable 1–3 80 7 0.05–0.10 0.03–0.06 Acceptable 3–5 80 7 0.08–0.15 0.05–0.10 Use Grade 7 3–5 100 7 0.15–0.25 0.10–0.18 Use Grade 7 + thick wall
5-10 100 9 0.10-0.18 0.06-0.12 pH increase >10 Any Any >0.20 >0,12 Non recommandé Ingénierie au-delà du contrôle de la concentration en tartrate

La qualité du titane influence le taux de complexation. Les taux de corrosion du grade 7 (stabilisé au palladium) sont 30 à 50 % inférieurs à ceux du grade 2 dans les solutions de tartrate, car le palladium stabilise une fine couche passive même dans des conditions complexantes. La 12e année montre une amélioration modérée. L'épaisseur de la paroi donne une marge de corrosion de . 2 . 0 mm de paroi avec 0 . 15 mm/an. La corrosion uniforme dure 13 ans. La finition de surface a peu d’effet sur la corrosion uniforme. En augmentant le pH à 9 avec de l'hydroxyde de sodium, le taux de corrosion est réduit de 30 à 40 %. Si la température est abaissée de 100 degrés à 80 degrés, le taux est réduit de moitié.

Élaborer une spécification éclairée

Pour un réchauffeur à gaine en titane, le mécanisme dominant doit être supposé être une corrosion uniforme dans 5 % de tartrate de sodium à 103 degrés. Utilisez du titane de grade 7 pour réduire le taux de corrosion à 0,10-0,18 mm par an. Pour une durée de vie de 10 à 15 ans, utilisez une épaisseur de paroi de 2,0 mm. Augmentez le pH à 9 (si possible) avec de la soude ou abaissez la température à 80°C. Pendant le fonctionnement, l'épaisseur de l'appareil de chauffage est contrôlée une fois par an par mesure à ultrasons et l'appareil de chauffage est remplacé lorsque l'épaisseur de paroi atteint 0,5 mm. L'ingénieur est conscient que les ions tartrate compliquent les ions titane et inhibent la repassivation, c'est pourquoi ils choisissent la bonne qualité et l'épaisseur de paroi pour garantir une corrosion uniforme et prévisible.