90% ギ酸を 100 度で再加熱するために使用されるチタン ヒート ロッドの場合、水分含有量 (5% 対 . 10%) は腐食メカニズムを均一な攻撃から孔食にどのように変化させますか?

100 度の 90% ギ酸 (HCOOH) は、チタンをいくらか不動態化する還元環境です。腐食挙動は、酸に含まれる水分の影響を強く受けます。 5% の水 (95% ギ酸) では、溶液の還元性が高く、チタンは年間 0.1 ～ 0.3 mm の割合で均一に腐食します。水の添加（90% のギ酸中に 10% の水）が溶液化学に及ぼす影響は、ヒドロニウムイオン（H3O+）濃度の増加と不動態皮膜の安定性の変化に基づいて説明されました。孔食が主なメカニズムであり、孔食の伝播速度は 0.5 ～ 1.2 mm/年で、均一な攻撃よりも 5 倍速いです。水分含量が 7 ～ 9% の間では、変化はかなり劇的です。

水による均一腐食から孔食への移行メカニズム-

ギ酸中のチタンの不動態皮膜はギ酸イオン(HCOO-)の吸着により安定化した。水は、表面上の吸着サイトをめぐってギ酸塩と競合します。水分が 5% の場合、ギ酸塩の吸着が主な影響となり、フィルムは均一に分解します。水分が 10% の場合、水の吸着が増加し、粒界や金属間粒子などの欠陥で局所的な膜破壊が発生します。ピットが始まるとすぐに、濃塩化物のように作用する攻撃性の高いギ酸イオンがピット内に蓄積し、伝播を加速します。この移行は、約 30% の臨界水被覆率で発生します。

定量的な腐食速度とそのメカニズムの水分含有量への依存性

含水量の影響は、グレード 2 チタンをギ酸と水の組み合わせで 100 度で 500 時間管理した試験によって測定されました。 2% の水 (98% ギ酸) では、均一な腐食速度は年間 0.20 ～ 0.40 mm で、孔食はなく、表面には均一な傷がつきます。 5% 水 (95% ギ酸) では均一速度は年間 0.10 - 0.25 mm に低下し、移行ゾーンでは深さ 20 μm 未満の浅いピットが発生することがあります。均一速度は 8% 水 (92% ギ酸) で 0.08 ～ 0.15 mm/ 年、孔食は 200 ～ 400 時間後に始まり、孔食の深さは 500 時間で 0.1 ～ 0.3 mm です。 10% 水 (90% ギ酸) では、均一速度はさらに 0.05 ～ 0.10 mm/年に低下しますが、急速な孔食が 50 ～ 150 時間以内に始まり、500 時間後には孔食の深さが 0.3 ～ 0.8 mm になるため、孔食が主な故障メカニズムとなります。均一速度は 15% 水 (85% ギ酸) で 0.03 ～ 0.08 mm/年ですが、20 ～ 80 時間で激しい孔食が発生し、500 時間後の孔の深さは 0.5 ～ 1.2 mm になります。

温度とギ酸濃度が遷移水含有量に及ぼす影響

均一な腐食から孔食への変化は、温度の関数としての水分含有量の関数です。均一な腐食は、95% ギ酸 (5% 水) 中で 80 度で 0.05 ～ 0.10 mm/年の速度で発生するのが一般的です。 95% ギ酸中での 100 度での均一な腐食速度は 0.10 ～ 0.25 mm/ 年です。混合腐食は、92% ギ酸 (8% 水) の場合、100 度で年間 0.15 ～ 0.30 mm の速度でピットの進行の形で観察されます。 80 度では、90% ギ酸 (10% 水) では 0.20 ～ 0.50 mm/年の速度で孔食が発生します。. 90% ギ酸では、100 度で 0.50 ～ 1.20 mm/年の孔食が発生します。 85% ギ酸 (15% 水) の場合、100 度での孔食率は 1.00 ～ 2.00 mm/年です。孔食に移行する臨界水分含有量は、温度の上昇とともに減少します。

ギ酸ヒーター水分管理ガイド

次の表は、100 度でのグレード 2 およびグレード 7 チタン ヒーターのギ酸中の最大許容含水量の推奨値を、意図された耐用年数と許容可能な腐食メカニズムに応じて示しています。

望ましい耐用年数 (年) 動作温度 (℃) グレード 2 の最大許容水 (%) グレード 7 の最大許容水 (%) 支配的なメカニズム5 80<8 <12 Uniform >3 100 <6 <10 Uniform 2–3 100 6–7 10–12 Mixed (acceptable) 1–2 100 7–8 12–14 Pitting (marginal for Grade 7)
<1 100 >8 >14 孔食（重度）
含水量制御を超えるエンジニアリング

遷移水含有量はチタンのグレードに非常に影響されます。グレード 7 (パラジウム安定化) では、ユニフォームから孔食への移行が 10 ～ 12% の水に移行し、90% のギ酸 (10% の水) での安全な操作が可能になります。グレード 12 は中程度の改善です。肉厚は孔食を防止するものではありませんが、腐食許容量を提供します。 2.0 mm の壁は、年間 0.5 mm の穴があっても 4 年間耐えられます。ギ酸の純度は重要です。 10 ppm 未満の塩化物や 50 ppm 未満の硫酸塩などの汚染物質により、遷移水の含有量が 2 ～ 3 % 減少します。溶存酸素 (曝気) により、孔食ではなく均一な腐食が発生し、脱気により含水量の低い状態に移行します。

情報に基づいた仕様

均一または混合領域での操作には、100 度の 90% ギ酸 (10% 水) 中でチタン ヒート ロッドにグレード 7 チタンを使用します。グレード 2 は、蒸留または無水ギ酸の使用により水分含有量を 7% 未満に減らします。現在のグレード 2 ヒーターの 90% ギ酸の場合、1 ～ 2% の無水ギ酸または無水酢酸を添加して水を化学的に結合し、自由水を 6% 未満に保ちます。運転中は毎週カールフィッシャー滴定により水分含有量を監視します。水分がグレード 2 の場合は 7%、グレード 7 の場合は 10% に達した場合は、乾燥剤を追加するか、無水酸で希釈します。エンジニアは、水分含有量を臨界遷移レベル以下に維持することで、腐食メカニズムを急速な孔食から均一な腐食に変更し、それにより熱ギ酸使用時のヒーターの寿命を延ばします。