80 度の 10% リン酸を使用して毎日洗浄されたチタン シース ヒーターでは、すすぎ水の品質 (水道水か脱イオン水か) が再不動態化反応速度とその後の使用中の孔食にどのような影響を及ぼしますか?

工業的な運用では、チタン シーズ ヒーターは、80 度の 10% リン酸を使用した毎日の洗浄サイクルで、腐食条件と洗浄条件が交互に繰り返されます。洗浄サイクル間のすすぎ水の品質は、チタン表面の再不動態化反応速度にとって不可欠です。抵抗率 > 1 MΩ・cm の脱イオン水により、10 ～ 30 分以内に迅速な再不動態化と安定した不動態皮膜の形成が可能になります。塩化物 (通常 50 ～ 200 ppm) やその他のイオンを含む水道水は再不動態化を遅らせ、安定した層に達するまでの時間を 2 ～ 6 時間に延ばし、吸着された塩化物を表面に残し、後の操作中に孔食の開始場所として機能します。選択したすすぎ水の品質は、ヒーターの孔食密度と耐用年数に直接影響します。

再不動態化の反応速度に対する洗浄水の影響のメカニズム

10% リン酸による処理後、チタン表面は活性または部分的に不動態の状態になります。酸はすすぎによって除去されますが、再不動態化が起こる溶液の化学的性質も設定します。脱イオン水は、チタン不動態膜の均一な成長のための清潔で低導電率の環境を提供します。有害なイオンが存在せず、緻密な化学量論的 TiO2 層を形成できます。水道水からの塩化物イオンはチタン表面に吸着され、吸着サイトをめぐって酸素と競合します。また、塩化物は不動態皮膜の生成を阻止し、酸化物が形成される際に酸化物の下に閉じ込められる可能性があり、ヒーターを再び使用したときに穴が開き始める弱い部分を引き起こす可能性があります。再不動態化時間は、洗浄後に腐食電流密度が 1 µA/cm2 未満に低下するまでに必要な時間です。

さまざまな洗浄水質の定量的な再不動態化時間と孔食率

グレード 2 チタンクーポンの管理されたテストでは、80 度の 10% リン酸に毎日 1 時間浸漬し、その後 15 分間すすぎ、その後 60 度の 3% NaCl に浸漬して使用を再現し、30 サイクルにわたって次の挙動を確立しました。抵抗率 18 MΩ・cm の脱イオン水ですすいだときの再不動態化時間は 10 ～ 30 分、1 時間後の不動態皮膜の厚さは 3 ～ 5 nm、その後の使用時の孔食密度は 0 ～ 5 個/cm2、500 時間後の最大孔深さは 0 ～ 20 μm です。このパフォーマンスは素晴らしいと考えられています。軟化した水道水（抵抗率 10,000 Ω・cm、塩化物 20 ppm）中での再不動態化時間は 30 ～ 90 分に増加し、1 時間後の膜厚は 2 ～ 4 nm、孔食密度は 5 ～ 20 ピット/cm2、孔深​​さは 20 ～ 80 μm であり、良好な性能を示しています。通常の水道水、2000 Ohm-cm 抵抗率、100 ppm 塩化物再不動態化時間 1 ～ 3 時間 1 時間後の膜厚 1 ～ 3 nm ピッチング密度 20 ～ 80 ピット/cm2 ピット深さ 80 ～ 200 mm 平凡から不良。硬質水道水の再不動態化時間は 3～6 時間、1 時間後の膜厚は 1～2 nm、抵抗率 500 Ω・cm および塩化物 200 ppm での孔食密度は 80 ピット/cm2 を超え、孔の深さは 200 μm を超えますが、これは許容できません。

再不動態化の品質に対するすすぎ時間と温度の影響

すすぎの効率は、水質とすすぎのパラメータの関数です。脱イオン水で 5 分間すすぐと、30 分間すすぐ場合と比較して 80% の再不動態化が得られました。再不動態化の品質という点では、100 ppm の塩化物を含む水道水での 60 分間のすすぎは、脱イオン水での 10 分間のすすぎと同等ではありません。すすぎ水の温度も重要な要素です。温かいすすぎ水 (40 度) は、脱イオン水と水道水の両方で、冷たいすすぎ水 (20 度) に比べて再不動態化反応速度を 30 ～ 50% 改善します。ただし、温かい水道水では乾燥プロセス中に塩化物が濃縮され、結果が悪化する可能性があります。すべての水質において、追加の利点は、主すすぎの後に脱イオン水で最終すすぐことです。

リン酸洗浄サイクル - すすぎ水の水質選択のガイド

80 度の 10% リン酸を使用した毎日の洗浄サイクルにおけるすすぎ水の推奨品質は、その後の塩化物を含むサービスでの望ましい耐孔食性と耐用年数に応じて、次の表に示されています。{2}}

500 時間後の望ましい孔食密度 (ピット/cm2) すすぎ水中の最大許容塩素 (ppm) 最小推奨すすぎ水抵抗率 (Ω・cm) 推奨すすぎ時間 (分) 最終すすぎが必要<5 <10 >100、000 15 はい (DI スプレー)
5 - 20 10 - 50 10、000 - 100、000 20 推奨
20–80 50–150 1,000–10,000 30 Recommended >80 >150 <1,000 60+ Not effective Engineering Beyond Rinse Water Quality Control

チタンのグレードは再不動態化反応速度に影響を与えます。グレード 7（パラジウム-安定化）は、あらゆる品質のすすぎ水においてグレード 2 より 2-3 倍早く再不動態化し、塩化物汚染に対する感度を低下させます。肉厚により孔食許容値が得られます。 2.0 mm の壁は、水道水ですすいで中程度の穴があっても 5 ～ 8 年は持ちますが、1.2 mm の壁はより早く故障します。洗い流した後の乾燥技術が重要です。 60度で10分間の強制熱風乾燥により残留水分を除去し、塩素濃度の高い箇所を避けます。脱イオン水の量が制限されている場合、費用対効果の高い妥協点として、2 段階のすすぎ（水道水の後に脱イオン水）を行うことが考えられます。-

情報に基づいた仕様の提供

チタン シース ヒーターを 80 度の 10% リン酸で毎日使用し、その後塩化物を含む環境にさらした場合は、2 段階のすすぎを使用してください。-最初のすすぎは水道水で 1 分間行い、その後最終すすぎは抵抗率 18 MΩ・cm の脱イオン水で 40 度で 10 分間行います。最終すすぎ水の塩化物が 10 ppm 未満になるように指定してください。既存の設備で脱イオン水が利用できない場合は、すすぎラインに脱イオンカートリッジを追加するか、強制空気乾燥を使用してすすぎ時間を 60 分に延長します。試運転中のすすぎ手順の後、テストクーポンの再不動態化の可能性が測定されました。 3% NaCl 中での -0.1 V vs. Ag/AgCl 未満の値は、再不動態化が不完全であることを示し、より長い時間または高品質のすすぎが必要です。エンジニアは、迅速な再不動態化と使用中のさらなる孔食を防ぐために、水道水ではなく脱イオン洗浄水を使用します。