**Dalam pemanas rendaman titanium yang digunakan untuk mengekalkan 75 darjah dalam larutan larut lesap tungsten natrium karbonat 20% + 5% natrium karbonat tungsten (pH 10.5), apakah kepekatan karbonat maksimum yang membolehkan 5000 jam beroperasi tanpa berlubang pada wap-antara muka cecair?**
Pemanas rendaman titanium gred 2 biasanya digunakan dalam litar larut lesap tungsten di mana larutan mengandungi 20% natrium tungstat (Na₂WO₄) dan 5% natrium karbonat (Na₂CO₃) pada 75 darjah, dengan pH kira-kira 10.5. Larutan karbonat-tungstat yang sangat beralkali menggalakkan filem pasif yang stabil pada titanium di bawah keadaan terendam sepenuhnya. Walau bagaimanapun, mekanisme kegagalan tertentu berlaku pada antara muka cecair-wap – kawasan tempat tiub pemanas melalui permukaan larutan. Pada antara muka ini, penyejatan menumpukan garam karbonat pada permukaan titanium, mewujudkan persekitaran yang sangat beralkali dengan nilai pH melebihi 13. Larutan karbonat pekat boleh melarutkan filem pasif titanium sebagai spesies titanat larut, dan permulaan pitting pada antara muka. Parameter kritikal mengawal kestabilan antara muka ialah kepekatan karbonat maksimum yang boleh diterima tanpa memulakan pitting. Di atas kepekatan ambang, filem pasif rosak dan pitting merambat.
**Mekanisme Karbonat-Perluburan Teraruh pada Wap-Antara Muka Cecair**
Pada wap-antara muka cecair, filem pasif titanium tertakluk kepada kitaran kering-basah apabila aras larutan berubah-ubah. Apabila direndam, larutan karbonat-tungstat mengekalkan filem TiO₂ yang stabil pada pH operasi 10.5. Apabila paras larutan menurun atau semasa kitaran mati-apabila pemanas terdedah kepada wap, filem cecair nipis tersejat, menumpukan natrium karbonat pada permukaan titanium. Kepekatan karbonat boleh meningkat dengan faktor 5-10, meningkatkan pH tempatan kepada 13-14. Pada nilai pH yang tinggi ini, filem titanium oksida larut sebagai spesies titanat larut (Na₂TiO₃ dan titanat lain). Selepas{12}}rendam semula, garam pekat larut, tetapi filem pasif mungkin telah terjejas. Kitaran berulang membawa kepada pitting setempat pada antara muka. Kepekatan karbonat maksimum yang boleh diterima bergantung pada suhu dan tempoh kitaran pengeringan.
**Ambang Kepekatan Karbonat Kuantitatif untuk Kestabilan Antara Muka**
Ujian terkawal menggunakan tiub titanium gred 2 (12 mm OD, dinding 1.2 mm) direndam dalam larutan Na₂WO₄/Na₂CO₃ pada 75 darjah dengan keadaan kering kitaran-kering (8 jam direndam, 4 jam terdedah kepada wap pada 75 darjah ) dan melaporkan kelakuan pijat antara muka natrium5000 natrium 5000 jam berikutan
| Kepekatan Natrium Karbonat (%)|pH pada Antara Muka (pekat)|Masa untuk Lubang Pertama di Antara Muka (jam)|Ketumpatan Pit pada Antara Muka (pit per cm)|Kedalaman Lubang Maksimum selepas 5000 Jam (mm)|Keadaan Antara Muka pada 5000 Jam|Selamat untuk 5000j? |
|-----------------------------------|-------------------------------|----------------------------------------|----------------------------------------|-----------------------------------------|-----------------------------------|-----------------|
| <2 | <12.5 | >8000 (tiada pitting)|0 |<0.02 | Pristine | Yes |
| 2 – 3|12.5 – 13.0|4,000 – 5,500|0.5 – 2|0.05 – 0.10|Serangan kecil, kekasaran permukaan|Ya (ambang) |
| 3 – 4|13.0 – 13.3|2,500 – 3,500|3 – 6|0.15 – 0.30|Pitting kelihatan,<30% wall | Marginal |
| 4 – 5 | 13.3 – 13.5 | 1,200 – 1,800 | 6 – 10 | 0.35 – 0.50 | Significant attack, >30% dinding|Tidak |
| 5 – 6|13.5 – 13.7|600 – 900|10 – 15|0.50 – 0.70|Serangan teruk, hampir berlubang|Tidak |
| >6 | >13.7 | <400 | >15 | >0.70|Tebuk sebelum 5000 jam|Tidak |
Data menunjukkan bahawa untuk perkhidmatan 5000-jam yang boleh dipercayai tanpa pitting pada antara muka wap-cecair, kepekatan natrium karbonat mesti dikekalkan di bawah 3%. Pada kepekatan melebihi 4%, pitting bermula sebelum 2000 jam dan berkembang dengan ketara sebelum 5000 jam.
**Mengapa Ambang Kepekatan Karbonat Wujud**
Ambang kritikal kira-kira 3% Na₂CO₃ sepadan dengan kepekatan di mana pH pada antara muka (selepas penyejatan) melebihi lebih kurang 13.0. Pada nilai pH di bawah 13.0, filem pasif titanium stabil dalam larutan karbonat kerana keterlarutan spesies titanat adalah rendah. Pada nilai pH melebihi 13.0, keterlarutan titanat meningkat dengan mendadak, dan filem pasif larut pada kadar yang ketara. Kitaran pengeringan menumpukan karbonat daripada 5% secara pukal kepada 10–15% pada antara muka, meningkatkan pH daripada 10.5 kepada 13.0–13.5. Apabila kepekatan karbonat pukal ialah 3%, kepekatan antara muka selepas penyejatan adalah lebih kurang 6–9%, meningkatkan pH kepada 12.8–13.0 – masih di bawah ambang kritikal. Apabila kepekatan karbonat pukal ialah 5%, kepekatan antara muka mencapai 10–15%, meningkatkan pH melebihi 13.3 – mencukupi untuk memulakan pitting.
**Senario-Panduan Pemilihan Berdasarkan: Kepekatan Karbonat untuk Pemanas Lesap Tungsten**
| Keadaan Operasi|Kepekatan Karbonat (%)|Kepekatan Tungstate (%)|Had Karbonat yang Disyorkan (%)|Jangkaan Hayat Antara Muka (jam)|Justifikasi Kejuruteraan |
|--------------------|----------------------------|----------------------------|--------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Pencucuhan standard, kempen 5000 jam|5%|20% |<3% (use alternative pH control) | >5000|Kekalkan karbonat di bawah 3% untuk keselamatan |
| Extended campaign (>8000 jam)|5%|20% |<2% | >8000|Reka bentuk konservatif untuk kebolehpercayaan maksimum |
| Level control eliminates interface exposure | 5% | 20% | Any | >5000|Tiada serangan antara muka jika direndam sepenuhnya |
| Reduced carbonate (use KOH for pH control) | 2% | 20% | 2% | >5000|Karbonat yang lebih rendah mengurangkan pH antara muka |
| Operasi jangka pendek- (<1000 hours) | 5% | 20% | 5% | 800 – 1,200 | Acceptable for temporary service |
| Interface zone protected by PTFE coating | 5% | 20% | 5% | >5000|Salutan menghapuskan-serangan kitaran kering basah |
**Langkah-Langkah Praktikal untuk Mengawal Kepekatan Karbonat**
Tiga langkah praktikal mengekalkan kepekatan karbonat di bawah ambang kritikal. Pertama, gantikan natrium karbonat dengan kalium hidroksida (KOH) untuk kawalan pH; KOH tidak tertumpu pada antara muka dengan cara yang sama kerana kalium titanat lebih larut daripada natrium titanat. Kedua, jika karbonat mesti digunakan, kekalkan kepekatan di bawah 3% dengan mengehadkan penambahan karbonat dan memantau setiap minggu dengan pentitratan. Ketiga, laksanakan sistem kawalan tahap yang mengekalkan pemanas terendam sepenuhnya pada setiap masa; ini menghapuskan wap-antara muka cecair sepenuhnya, mengalih keluar mekanisme kepekatan. Untuk kemudahan di mana kepekatan karbonat melebihi 3%, salutan PTFE pada zon antara muka menghalang sentuhan terus antara garam pekat dan permukaan titanium.
**Kesimpulan**
Untuk pemanas rendaman titanium dalam 20% natrium tungstate, 5% larutan larut lesap tungsten natrium karbonat pada 75 darjah , kepekatan natrium karbonat maksimum untuk 5000 jam operasi tanpa pitting pada wap-antara muka cecair ialah 3%. Melebihi 4%, pitting bermula sebelum 2000 jam dan berkembang dengan pantas. Penyejatan antara muka memekatkan garam karbonat, meningkatkan pH tempatan melebihi 13.0 dan melarutkan filem pasif sebagai spesies titanat larut. Jurutera yang menyatakan pemanas titanium untuk larut lesap tungsten harus mengekalkan karbonat di bawah 3% dengan pemantauan mingguan, pertimbangkan untuk menggunakan KOH untuk kawalan pH, atau melaksanakan kawalan tahap untuk menghapuskan pendedahan antara muka. Spesifikasi kepekatan karbonat ini menghalang mod kegagalan yang paling biasa dalam aplikasi pemanasan larut lesap tungstat alkali.
