顔料製造 (塩化物プロセスによる TiO₂) の場合、塩化第二鉄溶液 (25%) を 70 度で加熱します。固体 TiO₂ 粒子による摩耗-腐食に強いチタン合金はどれですか?

二酸化チタン (TiO 2 ) 顔料を合成するための塩化物手順では、塩素化剤として 25% 塩化第二鉄 (FeCl 3 ) 溶液を 70 度で使用します。この溶液には、非常に研磨性の高い浮遊 TiO2 粒子 (直径 1-10​​ μm) が含まれています。このスラリーに浸漬された加熱管は、摩耗（固体粒子による材料の機械的除去）と腐食（露出した金属の電気化学的溶解）に同時にさらされます。この相乗効果による-摩耗-腐食は、どちらかのメカニズム単独よりも大幅に高い材料損失率をもたらします。この研究では、TiO 2 含有塩化第二鉄におけるチタン グレード (2、7、12、および 24) の耐摩耗性と耐腐食性を評価し、この用途に最適な合金を定義します。

摩耗・腐食のメカニズム
チタンでは、不動態保護コーティングは、粒子を含む腐食性スラリー中の粒子の衝撃によって継続的に破壊されます。攻撃的な FeCl3 溶液は新鮮な裸のチタンを露出させ、急速に腐食して再不動態化しますが、次の粒子の衝撃によって新しい膜が除去されるだけです。チタン合金の相乗係数 (総摩耗/純粋な摩耗と純粋な腐食の合計) は 2 ～ 10 です。

重要なパラメーター : 粒子の硬度 (TiO2 は硬い、モース硬度 6 ～ 7) 粒子の形状 (角張った粒子は摩耗性が高くなります) 速度 (速度が高いほど衝撃エネルギーが増加します) 衝撃の角度 (通常の衝撃は、かすかな衝撃よりも大きな損傷を引き起こします)

比較試験
回転ディスクを使用したスラリー浸食-腐食制御テスト（線速度 2 m/s、TiO2 粒子 10 wt%、FeCl3 25%、70 度、100 時間）:

グレード 2 (商業的に純粋): 不動態皮膜がすぐに除去されます。摩耗時の腐食速度は 0.8 ～ 1.2 mm/年。表面に深いえぐれと穴。 100 時間後の重量損失は 0.1 mm の侵入に相当します。グレード2は機能しません。

グレード 7 (Ti-0.15Pd): パラジウムは陰極処理を行い、耐食性をわずかに向上させますが、硬度は増加しません。摩耗腐食の速度は 0.5 ～ 0.9 mm/年です。 2級以上ですが、それでも高いです。柔らかいマトリックス (HV 硬度約 180) は摩耗しやすいです。

グレード 12 ( Ti-0.3Mo-0.8Ni) モリブデンとニッケルにより硬度は約 200 ～ 220 HV に上昇します。摩耗腐食の速度は年間 0.3 ～ 0.6 mm です。中程度のサービスには適していますが、最高ではありません。性能の向上は、耐食性の向上ではなく、表面の強靭化によるものです。

グレード 24 (Ti-6Al-4V-0.1Ru): 硬度 320 ～ 360 HV (焼きなまし) のアルファ - ベータ合金、380 ～ 400 HV まで熱処理可能。ルテニウム (0.1%) は、グレード 7 と同様の耐食性を示します。摩耗腐食速度: 0.08 ～ 0.15 mm/年、グレード 2 よりも 5 ～ 10 倍優れています。硬い表面は粒子の衝撃に耐えるため、不動態皮膜をより長く維持します。 １００時間後、表面的な引っかき傷のみが観察され、引っかき傷は観察されなかった。

重要なパラメータとしての硬度
チタン グレードの硬度 (HV、焼きなまし) 摩耗-腐食速度 (mm/年)相対寿命係数コスト係数
グレード 2 150-180 0.8-1.2 1x 1.0x
グレード 7 150-180 0.5-0.9 1.3-1.6x 1.4x グレード 12 200-220 0.3-0.6 2-3x 1.3x
グレード 24 (焼きなまし) 320-360 0.08-0.15 6-12x 2.0-2.5x
グレード 24 (高齢者) 380-400 0.05-0.10 10-15 倍 2.2 ～ 2.8 倍
ハステロイ C-276 (参考用) 250-300 0.08-0.12 グレード 24 3.5-4.0x に類似
TiO2 スラリー ヒーターのアプリケーション マトリックス
使用条件 粒子/cm3 粒子サイズ 流速 推奨チタン合金 期待寿命 (1.65 mm壁)
低固形分、低速<5 wt% <5 µm <1 m/sec Grade 12 3-5 years
典型的な中程度の固体 5 ～ 15 wt % 5 ～ 15 µm 1 ～ 2 m/s グレード 24 (焼き鈍し) 5 ～ 8 年
ハイソリッド 15 ～ 25 wt% 10 ～ 50 µm 2 ～ 3 m/秒 グレード 24 (熟成) 4 ～ 6 年
Any service with big angular particles >50 µm 3 m/s グレード 24 厚肉 (2.5 mm) 5 ～ 7 年
Severe service (reboiler, high turbidity)Any Any >3 m/s グレード 24 またはハステロイ C-276 設計指定
実際的な意味
グレード 24 チタン (Ti-6Al-4V-0.1Ru) は、塩化第二鉄 (25%) と浮遊 TiO2 粒子を 70 度で加熱することによる顔料の製造において、摩耗と腐食の両方に対して最高の耐性を発揮します。高い硬度 (320 ～ 400 HV) により粒子の衝撃が防止され、ルテニウムによりグレード 7 に匹敵する耐食性が得られます。 1.65 mm の壁での期待寿命は 5 ～ 8 年で、グレード 2 の 6 ～ 12 倍です。 グレード 12 は低速または低固形物の使用には適していますが、通常の条件下では早期に故障します。この環境グレード 2 およびグレード 7 では、粒子サービスは推奨されません。グレード 24 の場合は、硬度仕様の要求に応じて、焼きなましまたは時効条件を注文してください。新規設置の場合は、追加の安全マージンを確保するために壁厚 2.0 mm のグレード 24 チューブを検討してください。. - 粒子の影響が最も深刻な曲がり角や入口ゾーンでの超音波厚さ監視プログラムを毎年確立します。グレード 2 またはグレード 12 のヒーターが早期に故障した場合は、次回の交換時にグレード 24 にアップグレードすることを検討してください。グレード 24 のコストの増加 (グレード 2 の 2 ～ 2.5 倍) は、耐用年数の延長とヒーター交換のダウンタイムの短縮によって補われます。