1. ASTM B348 Gr11 būtībā ir komerciāli tīrs titāns ar nelielu palādija (Pd) piedevu. Kāds ir galvenais elektroķīmiskais mehānisms, ar kura palīdzību tikai 0,15% palādija ievērojami uzlabo izturību pret koroziju, īpaši neoksidējošās vai reducējošās skābēs, kur standarta CP titāns nedarbojas?
Pamatmehānisms ir katodiskā modifikācija, kas pazīstama arī kā anodiskā depolarizācija. Šis mazais Pd papildinājums pārveido materiāla elektroķīmisko uzvedību vidēs, kur aizsargājošā TiO₂ pasīvā plēve ir nestabila.
Problēma ar standarta CP Ti reducējošās skābēs: ne{0}}oksidējošās skābēs (piemēram, HCl, H₂SO₄) titāna potenciāls samazinās "aktīvajā" zonā, kur izšķīst pasīvā plēve, un metāls vienmērīgi korozējas ar lielu ātrumu. Pasīvā slāņa uzturēšanai nav pietiekamas oksidēšanas spējas.
Palādija šķīdums:
Cēlās nogulsnes: Pallādijs, kas ir ļoti cēlmetāls, nešķīst vienmērīgi. Tam ir tendence mikrostruktūrā izgulsnēties kā smalkas, diskrētas Ti-Pd intermetāliskās fāzes (piemēram, Ti₄Pd) daļiņas.
Katoda vietas: šīs Pd{0}}bagātās daļiņas darbojas kā ļoti efektīvas, mikroskopiskas katoda vietas, kas izkliedētas visā titāna anodā.
Polarizācijas maiņa: aktīvā korozijas stāvoklī katoda reakcija (ūdeņraža attīstība) tiek paātrināta šajās Pd vietās. Šī intensīvā lokālā katoda aktivitāte virza visas titāna virsmas elektroķīmisko potenciālu cēlā (pozitīvā) virzienā.
Pasivācija: šī nobīde polarizē titāna anodu stabilā "pasīvā" potenciāla apgabalā, kur var veidoties un saglabāt aizsargājošo TiO₂ plēvi pat tad, ja nav citu oksidētāju.
Būtībā palādija daļiņas darbojas kā iebūvēti{0}}mikroskopiski katalizatori, kas liek titānam pašam pasivēties. Šis mehānisms var samazināt korozijas ātrumu karstā sālsskābē par vairākām kārtām, salīdzinot ar standarta CP titānu.
2. Kāpēc ķīmiskajā rūpnīcā, kas projektē reaktora maisītāja vārpstu, kas apstrādā karstus, -neoksidējošus hlorīdus, 11. pakāpes apaļais stienis būtu jānorāda pāri izplatītākajai un lētākajai 2. klasei, lai gan abiem ir līdzīga mehāniskā izturība?
Lēmums ir klasisks gadījums, kad tiek maksāta prēmija par uzticamību un riska mazināšanu kritiskā lietojumprogrammā.
Pakalpojuma vide: reaktora maisītāja vārpsta ir drošības{0}}kritiska sastāvdaļa. Tā kļūme izraisītu pilnīgu rūpnīcas slēgšanu, iespējamu produkta zudumu un bīstamus apstākļus. "Karstu, ne-oksidējošu hlorīdu" vide ir tieši vieta, kur standarta 2. pakāpe ir visneaizsargātākā. Reducējošo vielu pēdas, zems pH vai paaugstināta temperatūra var izjaukt tās pasīvo plēvi, izraisot negaidīti augstu un potenciāli katastrofālu vienmērīgu koroziju.
11. klases priekšrocība: procesa izjaukšanas tolerance
Galvenais 11. klases pamatojums ir tās izturība pret traucējumiem un nelielām ķīmijas izmaiņām.
2. pakāpes vārpsta var darboties atbilstoši, ja procesa apstākļi ir perfekti kontrolēti un vienmēr oksidējas.
Tomēr, ja mainās izejviela, sūknis neizdodas ievadīt skābekļa{0}}iztrūkstošu šķidrumu vai netīši paaugstinās temperatūra, 2. pakāpes vārpstā var rasties strauja un spēcīga korozija.
11. klases vārpsta ar katoda modifikāciju saglabā savu pasivitāti daudz plašākā potenciālu diapazonā. Tas var izturēt šos procesa traucējumus, būtiski nepalielinot korozijas ātrumu, nodrošinot būtisku drošības rezervi.
11. klases apaļā stieņa augstākās sākotnējās izmaksas ir apdrošināšanas polise pret milzīgajām izmaksām, kas saistītas ar neplānotu dīkstāvi, produkta piesārņojumu un svarīgas-grūti piekļuves{2}}komponenta nomaiņu.
3. Metināšanas pakāpes 11 apaļais stienis prasa īpašu uzmanību pildvielas metāla izvēlei. Kāpēc standarta prakse ir izmantot pildvielas metālu, kas ir "pārāk -saskaņots" ar palādija saturu, piemēram, 7. klases (Ti-0,2Pd) stiepli, un kādu konkrētu metinājuma defektu ar šo praksi cenšas novērst?
Šī prakse tiek izmantota, lai novērstu specifisku un bīstamu lokalizētas korozijas veidu: Metināšanas preferenciālo koroziju.
Risks: galvaniskā korozija HAZ: metināšanas laikā procesa intensīvais karstums var izraisīt parādību, ko sauc par "palādija migrāciju" parastajā metālā, kas atrodas blakus metinājumam un kas pazīstams kā karstuma{0}}ietekmētā zona (HAZ). Pallādijs var izkliedēties prom no graudu robežām HAZ, atstājot šīs zonas noplicinātus Pd.
Iegūtā mikro{0}}galvaniskā šūna: tas rada smalku, bet kritisku galvanisko pāri:
Anods: Pd-noplicināts HAZ (mazāk cēls, aktīvāks).
Katods: Pd{0}}bagāts parastais metāls un metinātais metāls (cēlāks).
Korozīvā vidē šī šūna var izraisīt ļoti lokalizētu, paātrinātu uzbrukumu šaurajā Pd{0}}noplicinātajā zonā, efektīvi "iegriežot" metinājuma šuvi. Šis ir nopietnas atteices režīms, jo tas krasi samazina šķērsgriezuma-izturību.
Risinājums: vairāk{0}}atbilstošs metāla pildījums: izmantojot 7. klases (Ti-0,2Pd) pildvielas stiepli, pašam metinātajam metālam tiek piešķirts augstāks Pd saturs nekā 11. klases (0,15 Pd) parastajam metālam. Tas nodrošina, ka metinātais metāls joprojām ir katodiskākais (cēlākais) savienojuma apgabals. Tas neļauj HAZ kļūt par anodu galvaniskajā pārī, tādējādi novēršot preferenciālā uzbrukuma virzītājspēku. Pēc tam viss savienojums tiek korozēts ar tādu pašu, ļoti zemu ātrumu, saglabājot tā strukturālo integritāti.
4. Apkalpošanas-cikla izmaksu analīzē liela mēroga-jūras ūdens atsāļošanas iekārtai, caurules siltuma atgrūšanas sadaļā ir lielas kapitāla izmaksas. Kādos īpašos ekspluatācijas apstākļos būtu ekonomiski pamatota 11. klases cauruļu lokšņu izvēle (no lieliem apaļajiem stieņiem) salīdzinājumā ar 2. klasi?
11. pakāpes pamatojums šajā pieteikumā ir atkarīgs no plaisu korozijas klātbūtnes zem nogulsnēm un zvīņošanās, kas neizbēgami rodas jūras ūdenī.
The Crevice Corrosion Mechanism in Seawater: While titanium is generally immune to pitting in free-flowing seawater, it can be susceptible to crevice corrosion in tight, shielded areas (under gaskets, deposits, or biological growth) in hot (>70-80 grādi), stāvošs jūras ūdens. Plaisā vide kļūst dezoksigenēta un skāba (pH pazeminās), radot reducējošu vidi, kas var nojaukt pasīvo plēvi uz standarta CP titāna.
Darbības apstākļi, kas pamato 11. klasi:
Augsta darba temperatūra: siltuma atgrūšanas sekcijas bieži darbojas iekārtas karstākajos punktos. Temperatūrai paaugstinoties, spraugas korozijas kinētika dramatiski paātrinās.
Stagnējošas vai zemas{0}}plūsmas apstākļi: rūpnīcas slēgšanas, apkopes laikā vai slikti izskalotās vietās jūras ūdens var kļūt stāvošs, ļaujot pilnībā attīstīties plaisu apstākļiem.
Augsta hlorēšana: lai kontrolētu bioloģisko piesārņojumu, augi hlorē jūras ūdeni. Oksidēšanas laikā hlorēšana var palielināt korozijas potenciālu, kas faktiski var palielināt noslieci uz spraugas korozijas sākšanos standarta pakāpēs.
Ekonomiskais pamatojums: 11. klases pallādija saturs nodrošina izcilu izturību pret plaisu koroziju šādos apstākļos. Katodiskās modifikācijas mehānisms nodrošina, ka pasīvā plēve paliek stabila pat skābā, skābekļa -noplicinātā spraugā. Nosakot 11. pakāpi kritiskiem,{5}}neaizvietojamiem komponentiem, piemēram, cauruļu loksnēm-, kurās ir tūkstošiem cauruļu-, tiek novērsta viena atteices vieta, kas varētu novest pie rūpnīcas-plašas darbības pārtraukšanas un vairāku-miljonu dolāru pārtīšanas projekta. Neplānotas dīkstāves izmaksas ievērojami pārsniedz 11. klases materiāla piemaksu.
5. Apstrādājot komponentus no 11. klases apaļā stieņa, tā darbība ir ļoti līdzīga standarta CP titānam. Tomēr ir jāņem vērā virsmas stāvoklis pēc-apstrādes. Kāpēc “tīra” mehāniski apstrādāta virsma, kurā nav izsmērētu vai sacietējušu slāņu, ir vēl svarīgāka 11. klasei nekā 2. pakāpei, lai tā pilnībā realizētu savu korozijas veiktspēju?
Prasība pēc tīras, metalurģiski stabilas virsmas ir ļoti svarīga 11. klasei, jo izsmērēts vai sacietējis slānis var maskēt ar palādija-bagātām daļiņām un izveidot galvanisku pāri mikro-mērogā.
Problēma ar smērēšanu: Agresīva vai nepareiza apstrāde var izraisīt kaļamā titāna matricas plastisko deformāciju un "izsmērēšanos" virs virsmas. Tas var aprakt kritiskās, smalki izkliedētās palādija daļiņas zem Pd-noplicināta, auksti apstrādāta titāna slāņa.
Mikro-galvaniskais risks: ekspluatācijā šis izsmērētais slānis kļūst par pirmo saskares punktu ar korozīvo vidi. Tā kā tajā ir samazināts Pd, tas ir elektroķīmiski mazāk cēls nekā pamatā esošais, Pd-bagātais beztaras materiāls. Tādējādi tiek izveidots mikro-galvaniskais elements, kur izsmērētā virsma kļūst par vietējo anodu, bet masīvais materiāls kļūst par vietējo katodu. Tas var izraisīt izsmērētā slāņa priekšrocību, izraisot punktveida veidošanos vai vienmērīgu koroziju, kas nenotiktu uz pareizi sagatavotas virsmas.
Paraugprakse 11. klasei:
Asi instrumenti un pozitīvi grābekļa leņķi: lai tīru materiālu nocirptu, nevis plēstu un nosmērētu.
Atbilstoši dzesēšanas šķidruma un padeves ātrumi: lai novērstu pārmērīgu darba sacietēšanu un siltuma uzkrāšanos.
Pēc-apstrādes kodināšana: viskritiskākajiem lietojumiem tiek izmantota viegla ķīmiska kodināšana (piem., ar slāpekļ-fluorūdeņražskābi), lai izšķīdinātu sacietējušo-slāni un atklātu vienmērīgo Pd-stabilizēto mikrostruktūru. Tas nodrošina, ka specializētā -korozijizturīgā virsma ir pilnībā aktīva un rada videi viendabīgu elektroķīmisko stāvokli.
