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?

チタン ヒーターは、90% ギ酸中、100 ℃でほぼ受動的な状態で動作します。-材料の劣化のモードは、酸に含まれる水分によって決定的に決まります。 5% の水 (95% ギ酸) では、不動態皮膜は均一に溶解し、年間 0.10 ～ 0.25 mm で予想通りの薄化が起こります。 10 % の水 (90 % ギ酸) では、追加された水が表面化学に影響を及ぼし、フィルムの局所的な破壊を引き起こし、0.5 ～ 1.2 mm/年の速度で安定した孔食を開始します。均一な攻撃から孔食への変化は、水分率 7 ～ 9% の間で非常に突然であり、ヒーターの故障モードと残りの寿命の予測に影響を与えます。

水による均一腐食から孔食への移行メカニズム-

ギ酸中のチタン上の不動態皮膜は、HCOO- (ギ酸イオン) の吸着に基づいています。水の分子は表面の位置をめぐってギ酸塩と戦います。 5% の水では、ギ酸塩の吸着が優勢になり、フィルムは均一に溶解します。水分が 10% の場合、水分の吸着が高くなるため、ギ酸塩の移動と不動態層の局所的な欠陥が生じます。次に、濃縮されたギ酸イオンの塩化物-のような攻撃性により、これらの欠陥部位にピットが発生します。ピットが始まると、ピット内が酸性でギ酸塩濃度が高い状態となり、増殖がさらに加速されます。その後、支配的なメカニズムは均一な薄化から急速な局所的な浸透へと変化します。

含水率 5% と 10% における定量的な腐食挙動

制御された重量損失とピット深さの測定により、100 度で 500 時間のギ酸/水混合物中での明確な挙動が確立されました。 5 % の水 (95 % ギ酸) では、均一な腐食速度は 0.10 ～ 0.25 mm/年です。表面には広範囲にわたるエッチングが見られ、20 μm より深いピットはありません。故障モードは均一な薄化が予測されます。水 8% (ギ酸 92%) では、均一速度は年間 0.08 ～ 0.15 mm に低下しますが、200 ～ 400 時間後に孔食が始まり、混合モードで 500 時間後に孔食の深さは 0.1 ～ 0.3 mm になります。 10% 水 (90% ギ酸) では均一速度はさらに年間 0.05 ～ 0.10 mm に減少しますが、孔食は激しく、50 ～ 150 時間で始まり、500 時間後には深さ 0.3 ～ 0.8 mm の孔が生じます。水分が 10% の場合、ピットの伝播速度 (年間 0.5 ～ 1.2 mm) は、水分が 5% の場合の均一な薄化速度よりも 5 ～ 10 倍高くなります。

臨界水分量の温度依存性

孔食が顕著になる水分含有量は、動作温度に依存します。均一から孔食への変化は、80 度でおよそ 10 ～ 12% の水分です。 100℃では、7～9%の水に移行します。水が 6% であっても、110 度では孔食が優勢になります。温度が高くなると、水の吸着と不動態皮膜の不安定化が早くなります。したがって、臨界水閾値は減少します。含水率を 10% に固定した場合、温度を 80 度から 100 度に上昇させると、ピットの伝播速度は 0.2 ～ 0.5 mm 年 -1 から 0.5 ～ 1.2 mm 年 -1 . に増加します。

ギ酸サービスの水分量とグレードの選択ガイド

次の表は、予想される耐用年数と主な腐食メカニズムに応じて、グレード 2 およびグレード 7 のチタン ヒート ロッドの 100 度での最大許容含水量を示しています。

Desired Service Life (years) Max Water (%) for Grade 2 Max Water (%) for Grade 7 Dominant Mechanism Expected Penetration Rate (mm/year) >5 <6 <10 Uniform 0.05–0.15 3–5 6–7 10–12 Mixed 0.15–0.30 1–3 7–8 12–14 Pitting (marginal) 0.30–0.60 <1 >8 >14 Pitting (severe) >0.60
水分管理以外のエンジニアリング

チタンのグレードによって移行しきい値は大きく変わります。 10% 水 (90% ギ酸) では、グレード 7 (パラジウム安定化) を混合モード腐食に使用できます。グレード 2 は、孔食を防ぐために含水率 7% 未満で使用する必要があります。壁の厚さはピット貫通耐性を提供し、年間 0.6 mm のピッチがある 2.0 mm の壁は 3.3 年存続しますが、1.2 mm の壁は 2 年で破損します。無水ギ酸 (1 ～ 2%) を添加すると、遊離水が化学的に結合し、酸濃度を変えることなく有効水分含有量が減少します。溶液のエアレーションは、不動態皮膜を安定化させることにより、孔食ではなく均一な腐食を促進します。

知識を使って指定する

100 度の 90% ギ酸中のチタン ヒート ロッドの場合。混合モード腐食を伴う 10% の水で安全に動作させたい場合は、グレード 7 チタンを選択してください。-グレード 2 は、蒸留または無水ギ酸などの乾燥剤の添加により、水分含有量が 7% 未満に減少していなければなりません。水分含有量 – カールフィッシャー滴定による毎週。グレード 2 が 8% を超える場合は、是正措置を講じます。エンジニアのアプローチは、水分含有量を臨界遷移閾値以下に維持し、腐食メカニズムを急速な孔食から予測可能な均一な攻撃に移行させ、それによって高温ギ酸使用における正確な寿命予測を可能にすることです。