1. ASTM B348 Gr11 اساساً یک تیتانیوم خالص تجاری با افزودنی کوچک پالادیوم (Pd) است. مکانیسم الکتروشیمیایی اساسی که بوسیله آن فقط 0.15٪ پالادیوم به طور چشمگیری مقاومت خوردگی را افزایش می دهد، به ویژه در اسیدهای غیر اکسید کننده یا کاهنده که در آن تیتانیوم استاندارد CP خراب می شود، چیست؟
مکانیسم اساسی اصلاح کاتدی است که به عنوان دپلاریزاسیون آندی نیز شناخته می شود. این افزودن کوچک Pd رفتار الکتروشیمیایی ماده را در محیطهایی که لایه محافظ TiO2 ناپایدار است تغییر میدهد.
مشکل CP Ti استاندارد در اسیدهای کاهنده: در اسیدهای غیر اکسید کننده (به عنوان مثال، HCl، H2SO4)، پتانسیل تیتانیوم در ناحیه "فعال" که در آن لایه غیرفعال حل می شود، کاهش می یابد و فلز به طور یکنواخت با سرعت بالایی خورده می شود. قدرت اکسید کننده کافی برای حفظ لایه غیرفعال وجود ندارد.
محلول پالادیوم:
رسوبات نجیب: پالادیوم که یک فلز بسیار نجیب است، به طور یکنواخت حل نمی شود. تمایل دارد به صورت ذرات ریز و گسسته فاز بین فلزی Ti{1}}Pd (مثلاً Ti4Pd) در ریزساختار رسوب کند.
مکانهای کاتدی: این ذرات غنی از Pd{0}}بهعنوان مکانهای کاتدی بسیار کارآمد و میکروسکوپی که در سراسر آند تیتانیوم توزیع شدهاند، عمل میکنند.
تغییر پلاریزاسیون: در حالت خوردگی فعال، واکنش کاتدی (تکامل هیدروژن) در این سایت های Pd تسریع می شود. این فعالیت کاتدی محلی شدید، پتانسیل الکتروشیمیایی کل سطح تیتانیوم را در جهت نجیب (مثبت) هدایت می کند.
غیرفعال سازی: این تغییر آند تیتانیوم را به ناحیه بالقوه "غیرفعال" پایدار قطبی می کند، جایی که فیلم محافظ TiO2 می تواند تشکیل شود و حتی در غیاب اکسید کننده های دیگر حفظ شود.
در اصل، ذرات پالادیوم به عنوان کاتالیزورهای میکروسکوپی داخلی- عمل میکنند که تیتانیوم را مجبور میکند تا خود را غیرفعال کند. این مکانیسم می تواند نرخ خوردگی در اسید هیدروکلریک داغ را در مقایسه با تیتانیوم CP استاندارد چندین مرتبه کاهش دهد.
2. برای یک کارخانه شیمیایی که شفت همزن راکتوری را طراحی می کند که با کلریدهای داغ و غیر اکسید کننده- کار می کند، چرا میله گرد درجه 11 بر روی معمولی تر و ارزان تر درجه 2 مشخص می شود، با وجود اینکه هر دو دارای استحکام مکانیکی مشابهی هستند؟
این تصمیم یک مورد کلاسیک برای پرداخت حق بیمه برای قابلیت اطمینان و کاهش ریسک در یک برنامه حیاتی است.
محیط سرویس: شفت همزن رآکتور یک مؤلفه{0}}ایمنی حیاتی است. شکست آن منجر به تعطیلی کامل کارخانه، از دست دادن احتمالی محصول و شرایط خطرناک می شود. محیط "کلریدهای داغ و غیر اکسید کننده" دقیقاً جایی است که درجه استاندارد 2 آسیب پذیرتر است. اثری از عوامل کاهنده، pH پایین یا دمای بالا میتواند باعث اختلال در لایه غیرفعال آن شود که منجر به خوردگی یکنواخت و به طور غیرمنتظره بالا و بالقوه فاجعهبار شود.
مزیت درجه 11: تحمل آشفتگی فرآیند
توجیه اولیه برای درجه 11، استحکام آن در پردازش ناراحتی ها و تغییرات جزئی شیمی است.
اگر شرایط فرآیند کاملاً کنترل شده و همیشه در حال اکسید شدن باشد، شفت درجه 2 ممکن است عملکرد مناسبی داشته باشد.
با این حال، اگر مواد اولیه تغییر کند، پمپی در وارد کردن مایعات اکسیژن- دچار مشکل شود، یا دما به طور ناخواسته افزایش یابد، شفت درجه 2 ممکن است نرخ خوردگی سریع و شدیدی را تجربه کند.
شفت درجه 11، با اصلاح کاتدی خود، انفعال خود را در طیف وسیع تری از پتانسیل ها حفظ می کند. می تواند این اختلالات فرآیند را بدون افزایش قابل توجهی در نرخ خوردگی تحمل کند و یک حاشیه ایمنی حیاتی را فراهم کند.
هزینه اولیه بالاتر میله گرد درجه 11، یک بیمه نامه در برابر هزینه هنگفت از کار افتادگی برنامه ریزی نشده، آلودگی محصول، و جایگزینی-دسترسی{2}} حیاتی و دشوار است.
3. میله گرد درجه 11 جوشکاری نیاز به توجه خاصی به انتخاب فلز پرکننده دارد. چرا استفاده از فلز پرکننده ای که در محتوای پالادیوم "بیش از-همسان" است، مانند سیم درجه 7 (Ti-0.2Pd) معمول است، و هدف این عمل جلوگیری از چه عیب جوش خاصی است؟
این عمل برای جلوگیری از یک شکل خاص و خطرناک خوردگی موضعی به کار می رود: خوردگی ترجیحی جوشکاری.
خطر: خوردگی گالوانیکی در HAZ: در حین جوشکاری، گرمای شدید فرآیند میتواند پدیدهای به نام "مهاجرت پالادیوم" در فلز پایه مجاور جوش ایجاد کند که به عنوان منطقه متاثر از حرارت (HAZ) شناخته میشود. پالادیوم می تواند به دور از مرزهای دانه در HAZ منتشر شود و این مناطق را در Pd خالی کند.
میکرو{0}}سلول گالوانیکی حاصل: این یک زوج گالوانیکی ظریف اما حیاتی ایجاد میکند:
آند: Pd-HAZ را کاهش میدهد (اصلیتر، فعالتر).
کاتد: فلز پایه غنی از Pd-و فلز جوش (نجیب تر).
در یک محیط خورنده، این سلول میتواند یک حمله بسیار موضعی و شتابزده را در ناحیه باریک Pd-تخلیه شده ایجاد کند، و به طور مؤثر جوشکاری را "شیار" کند. این یک حالت شکست شدید است زیرا استحکام مقطع-را به شدت کاهش میدهد.
راه حل: بیش از-تطبیق فلز پرکننده: با استفاده از سیم پرکننده درجه 7 (Ti-0.2Pd)، به خود فلز جوش مقدار Pd بالاتری نسبت به فلز پایه درجه 11 (0.15Pd) داده می شود. این تضمین می کند که فلز جوش کاتدی ترین (نجیب) ناحیه اتصال باقی بماند. از تبدیل HAZ به آند در جفت گالوانیکی جلوگیری می کند و در نتیجه نیروی محرکه حمله ترجیحی را حذف می کند. سپس کل مفصل با همان سرعت بسیار کم خورده می شود و یکپارچگی ساختاری خود را حفظ می کند.
4. در تجزیه و تحلیل هزینههای چرخه عمر-برای یک-نیروگاه نمکزدایی آب دریا در مقیاس بزرگ، لولهها در بخش دفع گرما هزینه سرمایهای عمده هستند. تحت چه شرایط عملیاتی خاصی، انتخاب صفحات لوله درجه 11 (ماشینکاری شده از میله های گرد بزرگ) نسبت به درجه 2 توجیه اقتصادی دارد؟
توجیه درجه 11 در این برنامه به وجود خوردگی شکافی در زیر رسوبات و پوسته پوسته شدنی که به ناچار در آب دریا رخ می دهد، بستگی دارد.
The Crevice Corrosion Mechanism in Seawater: While titanium is generally immune to pitting in free-flowing seawater, it can be susceptible to crevice corrosion in tight, shielded areas (under gaskets, deposits, or biological growth) in hot (>70-80 درجه)، آب دریا راکد. در داخل شکاف، محیط اکسیژنزدایی و اسیدی میشود (pH کاهش مییابد) و یک محیط کاهشدهنده ایجاد میکند که میتواند فیلم غیرفعال را روی تیتانیوم استاندارد CP تجزیه کند.
شرایط عملیاتی که درجه 11 را توجیه می کند:
دماهای عملیاتی بالا: بخش های دفع گرما اغلب در گرم ترین نقاط کارخانه کار می کنند. با افزایش دما، سینتیک خوردگی شکاف به طور چشمگیری تسریع می یابد.
راکد یا کم-شرایط جریان: در طول تعطیلی کارخانه، تعمیر و نگهداری، یا در مناطقی که شستشوی ضعیفی دارند، آب دریا ممکن است راکد شود و شرایط شکاف را به طور کامل توسعه دهد.
کلر بالا: برای کنترل رسوب زیستی، گیاهان آب دریا را کلر می کنند. در حالی که اکسیداسیون، کلرزنی می تواند پتانسیل خوردگی را افزایش دهد، که در واقع می تواند تمایل به شروع خوردگی شکاف را در گریدهای استاندارد افزایش دهد.
توجیه اقتصادی: محتوای پالادیوم درجه 11 در این شرایط دقیقاً مقاومت بالایی در برابر خوردگی شکاف ایجاد می کند. مکانیسم اصلاح کاتدی تضمین میکند که فیلم غیرفعال حتی در شکاف اسیدی و اکسیژن{2}}پایدار باقی میماند. تعیین درجه 11 برای اجزای حیاتی و غیرقابل تعویض مانند صفحات لوله-که هزاران لوله را در خود جای میدهند-از یک نقطه شکست واحد که میتواند منجر به تعطیلی گسترده نیروگاه-و یک پروژه لولهکشی چند{9}}میلیون دلاری شود، جلوگیری میکند. هزینه خرابی برنامه ریزی نشده بسیار بیشتر از حق بیمه مواد درجه 11 است.
5. هنگام ماشینکاری اجزای یک میله گرد درجه 11، رفتار آن بسیار شبیه تیتانیوم CP استاندارد است. با این حال، باید شرایط سطح پست{3}}را در نظر گرفت. چرا یک سطح ماشینکاری شده «تمیز»، بدون لایههای لکشده یا کار{5}}سختشده، حتی برای درجه ۱۱ مهمتر از درجه ۲ است تا عملکرد خوردگی کامل خود را درک کند؟
نیاز به یک سطح تمیز و متالورژیک سالم برای درجه 11 بسیار مهم است، زیرا یک لایه آغشته شده یا سخت شده{1}}می تواند ذرات غنی پالادیوم- را بپوشاند و یک جفت گالوانیکی در مقیاس میکرو- ایجاد کند.
مشکل لکه دار شدن: ماشینکاری تهاجمی یا نامناسب می تواند باعث شود که ماتریس تیتانیوم انعطاف پذیر به صورت پلاستیکی تغییر شکل داده و روی سطح "لکه" شود. این میتواند ذرات مهم و ریز پالادیوم پراکنده را در زیر لایهای از تیتانیوم-تهشده و سرد-پادامید دفن کند.
خطر میکرو-گالوانیکی: در سرویس، این لایه لکه دار اولین نقطه تماس با محیط خورنده می شود. از آنجایی که از Pd تهی شده است، از نظر الکتروشیمیایی نسبت به مواد فله ای غنی از Pd{2} نجیب کمتری دارد. این یک سلول میکرو{4}}گالوانیکی ایجاد میکند که در آن سطح آغشته به آند محلی و مواد حجیم به کاتد محلی تبدیل میشود. این می تواند منجر به حمله ترجیحی لایه لکه دار، ایجاد حفره یا خوردگی یکنواخت شود که روی سطحی که به درستی آماده شده رخ نمی دهد.
بهترین روش ها برای کلاس یازدهم:
ابزارهای تیز و زوایای چنگک مثبت: به جای پاره کردن و لکه دار کردن مواد، آن را تمیز کنید.
نرخ مناسب خنک کننده و تغذیه: برای جلوگیری از سخت شدن بیش از حد کار و ایجاد گرما.
حکاکی پستی{0}}ماشینکاری: برای حیاتیترین کاربردها، یک اچ شیمیایی سبک (مثلاً با اسید نیتریک-هیدروفلوئوریک اسید) برای حل کردن لایه کار-سخت شده و نمایاندن ریزساختار یکنواخت، Pd-تثبیتشده استفاده میشود. این تضمین میکند که سطح تخصصی مقاوم در برابر خوردگی کاملاً فعال است و حالت الکتروشیمیایی همگنی را به محیط ارائه میدهد.
