Trong Lò sưởi ngâm điện Titan cho dung dịch Natri Dicromat 10% ở 70 độ, tại sao Ion crom hóa trị sáu không làm thụ động bề mặt Titan mặc dù là chất oxy hóa mạnh?

Natri Dicromat (Na2Cr2O7) là dung dịch oxy hóa mạnh 10% ở 70 độ. Crom hóa trị sáu (Cr⁶⁺) là chất oxy hóa mạnh, có khả năng khử tiêu chuẩn là +1.33 V đối với Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺. Ion cromat được sử dụng để thụ động hóa một số kim loại, ví dụ như thép không gỉ. Tuy nhiên, crom hóa trị sáu trên titan không tạo thành màng thụ động ổn định. Các ion crom không được tích hợp vào mạng titan dioxide. Khả năng oxy hóa cao thực sự đẩy titan vào vùng xuyên qua, dẫn đến sự hòa tan liên tục của màng thụ động. Tốc độ ăn mòn của titan trong natri dicromat 10% ở 70 độ là 0,05-0,15 mm mỗi năm, cao hơn nhiều dung dịch clorua trung tính. Cơ chế hoạt động của Titan trong dung dịch crom hóa trị sáu Một màng TiO2 ổn định làm thụ động titan. Trong dung dịch dicromat, quá trình khử Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O xảy ra trên bề mặt titan. Do mật độ dòng trao đổi cao của phản ứng này, thế năng hỗn hợp của titan được chuyển sang giá trị cao hơn +1.0 V so với điện cực hydro thông thường. Với tiềm năng cao quý như vậy, titan đạt đến vùng xuyên qua trong đó lớp TiO 2 bị oxy hóa hơn nữa thành các loại Ti 4+ hòa tan. Màng thụ động không ổn định và tan liên tục. Các ion cromat không tạo thành các hợp chất không hòa tan với titan, chúng có thể đóng vai trò như một lớp rào cản, giống như trên sắt và crom, nơi cromat tạo ra các ôxit Spinel bảo vệ. Tốc độ ăn mòn định lượng và đặc tính bề mặt Hành vi ăn mòn của titan Loại 2 đã được xác minh bằng thử nghiệm có kiểm soát trong 1.000 giờ ở 70 độ trong 10% Na₂Cr₂O₇ như: Tốc độ ăn mòn là 0,05–0,15 mm/năm, tức là. 5–cao hơn 15 lần so với nước ngọt ở cùng nhiệt độ. Bề mặt có màu vàng nâu do lắng đọng crom oxit hoặc hydroxit. Nghiên cứu quang phổ quang điện tử tia X-cho thấy lớp phủ bề mặt là sự kết hợp xốp, không{48}}bảo vệ của TiO₂ và Cr(OH)₃. Điện thế mạch hở{100}}ổn định ổn định ở vùng truyền qua ở +0.6 đến +0.9 V so với Ag/AgCl . Không thấy vết rỗ nhưng ghi nhận độ mỏng đồng đều. Ngược lại, tốc độ ăn mòn của titan Loại 2 trong NaCl 3% ở 70 độ là 0,01–0,03 mm/năm với thế năng thụ động từ +0.1 đến +0.3 V. Ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ đến mức độ nghiêm trọng của ăn mòn. Tốc độ ăn mòn tăng khi nồng độ và nhiệt độ dicromat tăng. Tốc độ ăn mòn ở nồng độ Na2Cr2O7 5% và 70 độ là 0,03-0,08 mm/năm. Ở mức 10% và 70 độ tốc độ là 0,05-0,15 mm/năm. Ở mức 15% và 70 độ tốc độ tăng lên 0,08-0,20 mm/năm. Ở mức 10% và 50 độ, tốc độ giảm xuống còn 0,02–0,05 mm/năm. Ở mức 10% và 90 độ tốc độ tăng lên 0,10-0,25 mm/năm. Tỷ lệ này là 0,15–0,35 mm mỗi năm ở mức 20% và 90 độ. Sự ăn mòn là đồng nhất mà không bị rỗ, vì sự hòa tan xuyên qua là đồng đều trên bề mặt. Năng lượng kích hoạt cho quá trình này là khoảng 40 kJ/mol cho thấy sự kiểm soát động học và khuếch tán hỗn hợp. Hành vi ăn mòn của titan thuộc các loại khác nhau trong dung dịch dicromat Bảng dưới đây cho thấy tốc độ ăn mòn của một số loại titan trong natri dicromat 10% ở 70 độ trong 1.000 giờ và các tính năng của màng thụ động của chúng. Tốc độ ăn mòn cấp titan (mm/năm) Thành phần màng bề mặt Tiềm năng mạch hở (V so với Ag/AgCl) Quan sát thấy rỗ Cấp 2 (tinh khiết về mặt thương mại) 0,05-0,15 TiO2 + Cr(OH)3 (xốp)+0.6 đến +0.9 Không Cấp 7 (Ti-0,15Pd) 0,04–0,12 TiO2 + Cr(OH)3 + Pd +0.7 đến +1.0 Không có lớp 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) 0,06–0,18 TiO2 + Cr(OH)3 + MoO3 +0.5 đến +0.8 Không có lớp 5 (Ti-6Al-4V) 0,08–0,22 Các oxit hỗn hợp +0.5 đến +0.8 Không có Hướng dẫn lựa chọn vật liệu và giảm thiểu cho dịch vụ Dicromat Bảng sau đây được khuyến nghị để lựa chọn bộ gia nhiệt titan và giới hạn vận hành cho các ứng dụng yêu cầu đun nóng dung dịch natri dicromat. Nồng độ dicromat (%) Nhiệt độ (độ ) Cấp titan khuyến nghị Tỷ lệ ăn mòn dự kiến ​​(mm/năm) Tuổi thọ dự kiến ​​(tường 1,5 mm)<5 <50 Grade 2 <0.03 >10 years 50–70 5–10 0.05–0.12 3–5 years Grade 7 10–15 70 Grade 7 0.08–0.20 2–3 years >15 >70 Not recommended >0.20 <2 years Engineering Grade Selection Beyond Wall thickness provides a corrosion allowance . A 2.0 mm wall corrodes at a rate of 0.10 mm per year for 20 years . The tube surface finish has little effect on transpassive dissolution. The inclusion of chlorides in the dichromate solution, which may be due to the presence of dirty water, raises the corrosion rate by 2-3 times. The addition of sulphate ions has a small inhibitory effect. Deaeration of the solution for oxygen removal slows the cathodic process and reduces the corrosion rate by 30-50%. Choosing Wisely. For a titanium electric immersion heater in 10 % sodium dichromate at 70 °C, expect a corrosion rate of 0.05 to 0.15 mm per year for Grade 2 or 0.04 to 0.12 mm per year for Grade 7. Use a minimum wall thickness of 2.0 mm for a service life of 10 to 20 years. Dichromate solution can be diluted, or the working temperature lowered for higher concentrations or temperatures. During operation, check the heater for variations in electrical resistance that may indicate thinning. If the solution is polluted with chlorides, lower the temperature to 50 °C. The engineer, knowing that hexavalent chromium does not passivate titanium but transpassively dissolves it, chooses the proper wall thickness and grade for predictable service life in sodium dichromate solutions.