過硫酸ナトリウム (Na₂S₂O₈) は、S₂O₈²⁻/SO4²⁻ の標準還元電位が 2.01 V であり、硝酸よりも強力な強力な酸化剤です。チタンでは、過硫酸塩は安定した不動態化ではなく、過不動態溶解を引き起こします。 50 度では、高い酸化電位により、標準的な水素電極に対して 1.8 V を超える過不動態領域にチタン表面がシフトします。そこで不動態皮膜が破壊され、チタンは年間 0.2 ～ 0.5 mm の速度で Ti⁴⁺ として溶解します。透過不動態溶解は孔食ではなく均一ですが、ほとんどの用途では腐食速度が高すぎます。

過硫酸塩のメカニズム-誘起される超受動的溶解

チタンの安定した不動態領域は約 0 V ～ 1.8 V です。1.8 V を超える電位では、TiO2 膜はさらに酸化して可溶性 Ti⁴⁺ 種になります: TiO2 + 2H₂O → Ti⁴⁺ + 4OH⁻ + 2e⁻。過硫酸塩は非常に強力な酸化剤であり、チタンの混合電位を 1.7 ～ 2.0 V に設定します。この範囲では、過不動態溶解電流が大きくなります。表面全体が透過領域にあるため、腐食は均一です。局所的な故障はありません。代わりに、フィルムは継続的に溶解します。

過硫酸塩濃度の関数としての定量的腐食速度

50 度の過硫酸ナトリウム中で 500 時間にわたる制御されたテストにより、グレード 2 チタンについて次のことが確立されました。過硫酸塩 0% (ベースライン) では、腐食速度は年間 0.005 ～ 0.010 mm、表面電位は 0.2 ～ 0.5 V、メカニズムは受動的です。 1% 過硫酸塩では、速度は年間 0.05 ～ 0.12 mm、電位は 1.2 ～ 1.5 V で、メカニズムは混合されます。 3% 過硫酸塩では、その速度は年間 0.12 ～ 0.25 mm、電位は 1.5 ～ 1.7 V、メカニズムは過受動的開始です。 5% 過硫酸塩では、速度は年間 0.20 ～ 0.40 mm、電位は 1.7 ～ 1.9 V、メカニズムはトランスパッシブです。 10% 過硫酸塩では、その速度は年間 0.35 ～ 0.60 mm、電位は 1.8 ～ 2.0 V で、メカニズムは重度のトランスパッシブです。

トランスパッシブ遷移に対する温度の影響

トランスパッシブ領域は、高温ではより低い電位にシフトします。温度 25 度、過硫酸塩 5% の場合、腐食速度は年間 0.10 ～ 0.20 mm で、メカニズムは透過的です。 40 度では、その速度は年間 0.15 ～ 0.30 mm です。 50 度では、その速度は年間 0.20 ～ 0.40 mm です。 60 度では、その速度は年間 0.30 ～ 0.60 mm です。 70 度では、その速度は年間 0.50 mm を超えます。温度が高くなると、超不動態溶解がより深刻になります。

**過硫酸塩サービスの材料選択ガイド

次の表は、過硫酸ナトリウム溶液の濃度と温度に基づいたヒーターの推奨事項を示しています。

チタンの選択を超えたエンジニアリング

グレード 7 は、パラジウムが濃縮されているため、グレード 2 に比べて透過不動態溶解速度がわずかに低くなります (30 ～ 50% の減少) が、この改善はチタンを過硫酸塩サービスに適したものにするのに十分ではありません。肉厚により腐食許容量が得られます。厚さ 2.0 mm で年間 0.20 mm の腐食が発生する壁は 10 年間持続しますが、これはわずかです。 PTFE- でコーティングされたチタン ヒーターは金属を過硫酸塩溶液から隔離し、優れた耐性を提供します。タンタルははるかに広い受動範囲を持ち、過硫酸塩に対して耐性があります。ジルコニウムも性能は優れていますが、高価です。

情報に基づいた仕様の作成

5% 過硫酸ナトリウム、50 度のチタン浸漬ヒーターの場合、予想される腐食速度は年間 0.20 ～ 0.40 mm ですが、これは長期使用するには高すぎます。-代わりに、PTFE- コーティングされたチタン ヒーター (0.5 mm PTFE 層) またはタンタル ヒーターを指定してください。チタンを使用する必要がある場合は、過硫酸塩濃度を 2%、温度を 40 度に制限し、壁厚 2.5 mm を使用してください。動作中はヒーターの厚さを毎年監視してください。肉厚が1.0mmになったらヒーターを交換してください。過硫酸塩が不動態化ではなく過不動態溶解を引き起こすことを理解することで、エンジニアはこの攻撃的な酸化環境に適した材料を選択します。