Axit nitric là môi trường oxy hóa mạnh, nơi titan thể hiện khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong phạm vi tiềm năng rộng. Màng thụ động duy trì ổn định từ khoảng 0V đến hơn 1,8V so với SCE. Tuy nhiên, ô nhiễm carbon bề mặt-được tạo ra trong quá trình kéo, uốn hoặc hàn ống từ chất bôi trơn còn sót lại, chất làm mát hoặc mực đánh dấu-thu hẹp đáng kể phạm vi thụ động này. Cặn cacbon phân hủy ở nhiệt độ cao, tạo thành điều kiện khử cục bộ trên bề mặt titan. Những vùng bị khử này không thể duy trì màng thụ động TiO₂, chuyển điện thế cục bộ sang chế độ ăn mòn tích cực. Kết quả là sự tấn công tăng tốc, thường biểu hiện dưới dạng các dải khắc rời rạc hoặc các vùng bị rỗ tương ứng với kiểu ô nhiễm. Hiểu cơ chế này là điều cần thiết đối với dịch vụ axit nitric, nơi mà độ tin cậy của bộ gia nhiệt phụ thuộc vào bề mặt thụ động đồng đều, sạch sẽ.

Cơ chế của cacbon-Sự phân hủy thụ động gây ra

Chất bôi trơn sản xuất thường chứa hydrocarbon, parafin clo hóa, axit béo và các chất phụ gia-áp suất cực cao. Trong quá trình xử lý thông thường, màng mỏng của các hợp chất này vẫn còn trên bề mặt titan ngay cả sau khi tẩy dầu mỡ. Khi nhúng thiết bị gia nhiệt vào axit nitric nóng (ví dụ: 40–65% HNO₃ ở 80–100 độ), hai hiệu ứng sẽ xảy ra. Đầu tiên, axit nitric oxy hóa cặn carbon, tạo ra carbon dioxide và nước. Tuy nhiên, ở những khu vực cục bộ nơi có lượng carbon dày, quá trình oxy hóa một phần sẽ tạo ra carbon monoxide và axit hữu cơ. Những sản phẩm này tiêu thụ axit nitric cục bộ và làm giảm khả năng oxy hóa. Thứ hai, quá trình oxy hóa tỏa nhiệt của carbon làm tăng nhiệt độ bề mặt cục bộ, đẩy nhanh quá trình phân hủy axit nitric thành oxit nitơ. Sự kết hợp giữa khả năng oxy hóa cục bộ giảm và nhiệt độ tăng cao tạo ra một môi trường vi mô trong đó điện thế bề mặt titan giảm xuống dưới ngưỡng thụ động (khoảng 0,2V so với SCE). Sự ăn mòn tích cực bắt đầu tại{17}các vị trí bị ô nhiễm cacbon này, tạo thành các hố hoặc rãnh.

Giảm định lượng phạm vi thụ động do ô nhiễm carbon

Thử nghiệm điện hóa có kiểm soát trong 50% HNO₃ ở nhiệt độ 85 độ đã thiết lập các phạm vi thụ động sau cho titan Loại 2 với các mức carbon bề mặt khác nhau:

Làm sạch bề mặt (<0.1 mg/cm² carbon, properly degreased and acid pickled): Passivation range from 0.1V to >2.0V so với SCE. Tốc độ ăn mòn dưới 0,01 mm mỗi năm trên tất cả các tiềm năng thực tế. Không bị rỗ sau 1.000 giờ.

Ô nhiễm nhẹ (0,1–0,5 mg/cm2 carbon, điển hình của một lần tẩy dầu mỡ): Phạm vi thụ động giảm xuống 0,2–1,6V so với SCE. Ở điện thế trên 1,6V (điển hình cho axit nitric đậm đặc), sự phân hủy cục bộ bắt đầu tại các vị trí cacbon. Độ sâu rỗ 20–50 µm sau 500 giờ.

Ô nhiễm vừa phải (0,5–2,0 mg/cm2 carbon, từ việc hút cặn dầu nhờn): Phạm vi thụ động tiếp tục giảm xuống 0,3–1,2V so với SCE. Trên 1,2V, ăn mòn tích cực xảy ra tại các vị trí bị ô nhiễm. Tốc độ ăn mòn tại các điểm carbon là 0,5–1,0 mm mỗi năm. Rỗ xuyên qua tường 1,0 mm trong vòng 500–1.000 giờ.

Heavy contamination (>2,0 mg/cm2 carbon, vết ố hoặc dấu vân tay có thể nhìn thấy): Phạm vi thụ động được thu hẹp xuống 0,4–0,8V so với SCE. Ở điện thế axit nitric điển hình (1,0–1,4V), bề mặt đang bị ăn mòn tích cực tại các vùng bị ô nhiễm. Tấn công cục bộ nhanh chóng với tốc độ thâm nhập vượt quá 2 mm mỗi năm.

Hướng dẫn kiểm soát ô nhiễm cacbon cho dịch vụ axit nitric

Bảng sau đây cung cấp khung quyết định để xác định quy trình làm sạch dựa trên nồng độ axit nitric và nhiệt độ vận hành:

Kỹ thuật ngoài việc loại bỏ carbon

Độ dày thành ống mang lại hệ số an toàn khi xảy ra hiện tượng rỗ do carbon- gây ra. Bức tường 1,5 mm bị nhiễm ánh sáng có thể tồn tại 1.000 giờ trước khi xuyên qua hố, trong khi bức tường 0,8 mm bị hỏng trong vòng 300 giờ. Loại kim loại cơ bản cũng điều chỉnh độ nhạy cảm: Titan loại 7 (0,15% Pd) thể hiện phạm vi thụ động rộng hơn trên các bề mặt sạch nhưng cho thấy sự thu hẹp tương tự do cacbon{10}}gây ra. Vì vậy, việc bổ sung palladium không bù đắp được cho việc làm sạch kém. Các vị trí dễ bị tổn thương nhất là các vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt{13}}mối hàn, nơi chất bôi trơn có thể bám dính lên bề mặt trong quá trình hàn. -Làm sạch sau mối hàn bằng bàn chải dây thép không gỉ (chỉ dành riêng cho titan) sẽ loại bỏ ô nhiễm cacbon khỏi các mối hàn. Xử lý sau khi vệ sinh phải sử dụng găng tay cotton sạch để tránh dầu vân tay có chứa carbon và clorua.

Thực hiện một đặc điểm kỹ thuật có hiểu biết

Khi chỉ định lò sưởi điện bằng titan để sử dụng axit nitric, hãy đưa yêu cầu về độ sạch bề mặt vào thông số kỹ thuật mua sắm. Yêu cầu tất cả các thành phần titan phải được tẩy nhờn bằng kiềm, sau đó tẩy bằng axit (20% HNO₃ + 2% HF trong 5 phút, sau đó rửa kỹ). Đối với axit nitric đậm đặc trên 70% ở nhiệt độ cao, hãy chỉ định rằng nhà cung cấp thực hiện thử nghiệm xác minh thụ động: nhúng phiếu đại diện vào axit nitric dự định ở nhiệt độ vận hành trong 24 giờ, sau đó kiểm tra bằng kính hiển vi xem có vết rỗ nào không. Trong quá trình vận hành thử, đổ đầy 20% HNO₃ vào hệ thống ở nhiệt độ 50 độ và tuần hoàn trong 2 giờ để thụ động hóa tất cả các bề mặt và loại bỏ cacbon dư. Theo dõi màu axit nitric; sự đổi màu vàng cho thấy sự hình thành oxit nitơ từ quá trình oxy hóa carbon, báo hiệu việc làm sạch chưa đủ. Bằng cách kiểm soát ô nhiễm carbon bề mặt như một thông số quan trọng, kỹ sư đảm bảo rằng bộ gia nhiệt titan đạt được phạm vi thụ động hoàn toàn và cung cấp dịch vụ đáng tin cậy trong môi trường axit nitric oxy hóa mạnh.