In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11, silicat tạo thành một màng bảo vệ liên tục, không{1}}xốp với độ dày 0,5–2 µm. Ở độ pH 9, màng xốp, nứt và không{6}}có khả năng bảo vệ, cho phép clorua hoặc các loài hung hãn khác xâm nhập và gây rỗ. Sự khác biệt phát sinh từ trạng thái trùng hợp của các ion silicat. Ở độ pH cao, silicat tồn tại dưới dạng các ion SiO₄⁴⁻ đơn phân tạo thành một lớp màng thủy tinh dày đặc. Ở độ pH thấp hơn, silicat trùng hợp thành chuỗi keo tạo ra cấu trúc xốp, nứt.

Cơ chế hình thành màng silicat phụ thuộc vào độ pH-

The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), trạng thái cân bằng thiên về các ion đơn phân, chúng lắng đọng dưới dạng màng silica vô định hình dày đặc. Ở độ pH từ 9–10, các ion trùng hợp thành các cấu trúc-giống chuỗi tạo ra mạng lưới xốp. Màng này còn kết hợp các ion natri, tạo thành thủy tinh natri silicat. Chất lượng bảo vệ được xác định bởi mật độ của màng và việc không có các vết nứt-vi mô.

Chất lượng màng định lượng là một hàm của độ pH

Thử nghiệm có kiểm soát ở 10% Na₂SiO₃ ở 80 độ trong 500 giờ đã xác định những điều sau đây đối với titan Loại 2. Ở pH 8, độ dày màng là 0,1–0,3 µm, độ xốp của màng cao, tốc độ ăn mòn 0,15–0,30 mm mỗi năm và xuất hiện hiện tượng rỗ. Ở pH 9, độ dày 0,2–0,5 µm, độ xốp cao, tốc độ ăn mòn 0,08–0,20 mm mỗi năm và thỉnh thoảng bị rỗ. Ở pH 10, độ dày 0,5–1,0 µm, độ xốp vừa phải, tốc độ ăn mòn 0,04–0,10 mm mỗi năm và hiếm khi bị rỗ. Ở pH 11, độ dày 1,0–1,5 µm, độ xốp thấp, tốc độ ăn mòn 0,02–0,05 mm mỗi năm và không xảy ra hiện tượng rỗ. Ở pH 12, độ dày 1,5–2,5 µm, độ xốp rất thấp, tốc độ ăn mòn 0,01–0,03 mm mỗi năm và không xảy ra hiện tượng rỗ. Ở pH 13, độ dày 2,0–3,0 µm, độ xốp rất thấp, tốc độ ăn mòn 0,005–0,015 mm mỗi năm và không xảy ra hiện tượng rỗ.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến yêu cầu pH

Độ pH tối thiểu cần thiết cho màng bảo vệ tăng theo nhiệt độ. Ở 60 độ, độ pH tối thiểu là 10,5 và độ pH được khuyến nghị là 11,0. Ở 80 độ, tối thiểu là 11,0 và khuyến nghị là 11,5. Ở 100 độ, tối thiểu là 11,5 và khuyến nghị là 12,0. Ở 120 độ, tối thiểu là 12,0 và khuyến nghị là 12,5. Nhiệt độ cao hơn thúc đẩy quá trình trùng hợp silicat, đòi hỏi độ pH cao hơn để duy trì trạng thái đơn phân.

Hướng dẫn kiểm soát pH cho dịch vụ Natri Metasilicate

Bảng sau đây cung cấp các khuyến nghị về kiểm soát độ pH để duy trì màng silicat bảo vệ trên bộ gia nhiệt titan Cấp 2 trong natri metasilicate 10% ở 80 độ.

Kỹ thuật vượt quá khả năng kiểm soát độ pH

Lớp titan ảnh hưởng đến độ pH cần thiết. Lớp 7 (palađi{2}}được ổn định) tạo thành màng silicat bảo vệ ở độ pH 10,5–11,0, thấp hơn một chút so với Lớp 2. Lớp 12 có đặc tính tương tự như Lớp 2. Độ dày của thành cung cấp khả năng chống ăn mòn nếu màng không được bảo vệ hoàn toàn. Nồng độ silicat ảnh hưởng đến sự hình thành màng; ở 5% Na₂SiO₃, độ pH cần thiết là 11,5. Ở 15% Na₂SiO₃, độ pH cần thiết là 10,5. Sự hiện diện của clorua (từ tạp chất) làm tăng độ pH cần thiết lên 0,5–1,0 đơn vị. Cần theo dõi dung dịch bằng máy đo pH đã được hiệu chỉnh cho các dung dịch có độ pH cao.

Thực hiện một đặc điểm kỹ thuật có hiểu biết

Đối với lò sưởi ngâm titan trong natri metasilicate 10% ở 80 độ, hãy duy trì độ pH trên 11,0 bằng cách thêm natri hydroxit. Cài đặt bộ điều khiển pH với mức báo động được đặt ở mức 10,8 và khóa liên động ở mức 10,5. Đối với các hệ thống hiện có có độ pH dưới 11, hãy thêm NaOH để nâng độ pH lên 11,5. Nếu độ pH không thể tăng lên, hãy sử dụng titan cấp 7 hoặc giảm nhiệt độ xuống 60 độ. Trong quá trình vận hành, kiểm tra bề mặt lò sưởi xem có bị rỗ không; nếu quan sát thấy hiện tượng rỗ, hãy tăng độ pH ngay lập tức. Bằng cách kiểm soát độ pH trên 11, kỹ sư đảm bảo hình thành một lớp màng silicat bảo vệ, không xốp trên titan.