**Untuk gegelung pemanasan titanium gred 12 yang terendam dalam mandian penjerukan asid hidrofluorik 8% nitrat + 2% pada 55 darjah, bagaimanakah penambahan molibdenum (0.3%) mengurangkan kadar kakisan am daripada 0.20 mm/tahun kepada 0.04 mm/tahun dengan kehadiran 1% hidrogen peroksida?**
Gegelung pemanas titanium gred 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) digunakan dalam mandian penjerukan keluli tahan karat yang mengandungi 8% ferik nitrat (Fe(NO₃)₃) dan 2% asid hidrofluorik (HF) pada 55 darjah , dengan 1% hidrogen peroksida (H₂) ditambahkan sebagai agen pengoksidaan hidrogen peroksida (H₂). Campuran ini sangat agresif kerana HF menyerang filem pasif titanium manakala ferik nitrat dan hidrogen peroksida memberikan kuasa pengoksidaan. Di bawah keadaan standard, titanium gred 2 mengalami hakisan seragam dan pitting yang dipercepatkan, dengan kadar penipisan 0.20–0.30 mm/tahun – tidak boleh diterima tinggi untuk perkhidmatan pemanas jangka panjang. Titanium gred 12, dengan 0.3% molibdenum dan 0.8% nikel, mengurangkan kadar kakisan kepada 0.04–0.08 mm/tahun dengan kehadiran 1% H₂O₂. Penambahan molibdenum meningkatkan kestabilan filem pasif dan mengurangkan kadar pembubaran anodik dalam persekitaran fluorida-nitrat yang agresif.
**Mekanisme Molibdenum dalam Mengurangkan Kadar Kakisan**
Filem pasif pada titanium dilarutkan oleh ion fluorida mengikut TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O. Dalam mandian penjerukan asid hidrofluorik-ferrik, ion feri (Fe³⁺) dan hidrogen peroksida memberikan kuasa pengoksidaan yang menggalakkan pengapasian semula. Molibdenum yang dilarutkan dalam matriks titanium (gred 12) mengubah elektrokimia permukaan dalam dua cara. Pertama, molibdenum meningkatkan kestabilan filem pasif dengan mengurangkan kadar pembubaran anodik dan menggalakkan filem oksida bebas kecacatan-yang lebih seragam. Kedua, ion molibdenum yang digabungkan ke dalam filem pasif mengurangkan keresapan ion fluorida melalui filem, memperlahankan tindak balas pembubaran. Penambahan nikel menyediakan pengubahsuaian katodik serupa dengan paladium, meningkatkan pengurangan spesies ferik dan peroksida. Kesan gabungan ialah pengurangan lima kali ganda dalam kadar kakisan am.
**Perbandingan Kuantitatif Kadar Kakisan**
Ujian terkawal menggunakan tiub titanium gred 2 dan gred 12 (12 mm OD, dinding 1.2 mm) yang direndam dalam 8% Fe(NO₃)₃, 2% HF pada 55 darjah dengan 1% H₂O₂ melaporkan tingkah laku kakisan berikut selama 1000 jam:
| Gred Titanium|Kandungan Molibdenum|Kandungan Nikel|Potensi Kakisan (V lwn. Ag/AgCl)|Kadar Penipisan Seragam (mm/tahun)|Pitting Diperhatikan|Masa ke First Pit (jam)|Pengurangan Kadar Kakisan |
|----------------|-------------------|----------------|-------------------------------------|--------------------------------|------------------|---------------------------|--------------------------|
| Darjah 2|0%|0%|+0.20 kepada +0.35|0.20 – 0.30|Ya – sederhana|200 – 400|Garis dasar |
| Gred 2 + 2% H₂O₂ (pengoksida lebih tinggi)|0%|0%|+0.25 kepada +0.40|0.15 – 0.22|Ya – sederhana|300 – 500|25% |
| Darjah 7 (Ti-Pd)|0%|0%|+0.30 kepada +0.45|0.10 – 0.15|Ya – sekali-sekala|500 – 800|50% |
| Darjah 12|0.3%|0.8%|+0.35 kepada +0.50|0.04 – 0.08|Jarang|1,500 – 2,500|80% |
| Grade 12 + electropolished surface | 0.3% | 0.8% | +0.35 to +0.50 | 0.02 – 0.05 | None | >3,000 | 90% |
| Gred 16 (Ti-0.5% Ni)|0%|0.5%|+0.30 kepada +0.45|0.12 – 0.18|Sekali-sekala|400 – 700|45% |
Data menunjukkan bahawa titanium gred 12 mengurangkan kadar kakisan am daripada 0.20–0.30 mm/tahun (gred 2) kepada 0.04–0.08 mm/tahun – pengurangan kira-kira 80%. Masa untuk pit pertama berlangsung dari 200–400 jam hingga 1,500–2,500 jam.
**Mengapa Molibdenum Berkesan dalam Fluorida-Nitrat-Penyelesaian Peroksida**
Keberkesanan molibdenum dalam persekitaran-nitrat-peroksida yang agresif ini timbul daripada penggabungannya ke dalam filem pasif. Ion molibdenum (Mo⁶⁺) menggantikan ion titanium dalam kekisi TiO₂, menghasilkan filem oksida campuran (Ti-Mo-O) yang lebih tahan terhadap serangan fluorida. Filem pasif yang kaya dengan-molibdenum mempunyai rintangan elektrik yang lebih tinggi, mengurangkan arus pembubaran anodik. Selain itu, molibdenum mengurangkan resapan ion fluorida melalui filem pasif dengan menduduki tapak kekosongan oksigen, yang merupakan laluan utama untuk penembusan fluorida. Penambahan nikel meningkatkan pengurangan katodik ion ferik dan hidrogen peroksida, mengekalkan potensi yang lebih mulia yang menggalakkan pepasifan semula yang cepat.
**Senario-Panduan Pemilihan Berdasarkan: Gred Titanium untuk Pemanas Mandian Jeruk**
| Keadaan Operasi|Kepekatan HF|Kepekatan H₂O₂|Gred Titanium yang disyorkan|Kadar Kakisan Jangkaan (mm/tahun)|Justifikasi Kejuruteraan |
|--------------------|------------------|-------------------|---------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Penjerukan standard, kempen 3000 jam|2%|1%|Darjah 12|0.04 – 0.08|80% pengurangan kakisan ke atas gred 2 |
| Extended campaign (>5000 jam)|2%|1%|Gred 12 + digilap elektrik|0.02 – 0.05|Reka bentuk konservatif untuk kebolehpercayaan maksimum |
| HF lebih tinggi (3%, lebih agresif)|3%|1%|Darjah 12|0.06 – 0.10|HF yang lebih tinggi memerlukan gred yang lebih tinggi |
| Suhu rendah (45 darjah , serangan berkurangan)|2%|1%|Darjah 7|0.08 – 0.12|Gred 7 mencukupi pada suhu yang lebih rendah |
| Operasi jangka pendek-(<500 hours) | 2% | 1% | Grade 2 | 0.20 – 0.30 | Acceptable for temporary service |
| Tiada H₂O₂ (kuasa pengoksidaan yang lebih rendah)|2%|0%|Darjah 12|0.06 – 0.10|H₂O₂ meningkatkan kepasifan; tanpa itu, kadar yang lebih tinggi |
**Pertimbangan Praktikal untuk Spesifikasi Gred 12**
Untuk prestasi optimum dalam mandian penjerukan asid hidrofluorik-ferrik nitrat, tiga spesifikasi disyorkan. Mula-mula, sahkan kandungan molibdenum titanium gred 12 ialah 0.25–0.35% melalui analisis komposisi; molibdenum yang lebih rendah menyediakan penstabilan filem pasif yang kurang. Kedua, nyatakan kemasan permukaan yang digilap (Ra<0.5 µm) to reduce surface defects that could initiate pitting. Third, maintain the hydrogen peroxide concentration at 1.0–1.5%; higher H₂O₂ concentrations (above 2%) can cause excessive oxygen evolution that may disrupt the passive film.
**Kesimpulan**
Untuk gegelung pemanasan titanium gred 12 dalam 8% ferric nitrate, 2% asid hidrofluorik keluli tahan karat mandi penjerukan pada 55 darjah dengan 1% hidrogen peroksida, penambahan molibdenum 0.3% mengurangkan kadar kakisan am daripada 0.20–0.30 mm/tahun kepada 0.04–0.08% – pengurangan – pengurangan 0.08 mm/tahun Molibdenum meningkatkan kestabilan filem pasif dengan membentuk filem oksida campuran yang tahan terhadap serangan fluorida dan mengurangkan difusitiviti fluorida melalui filem. Jurutera yang menetapkan pemanas titanium untuk perkhidmatan penjerukan asid hidrofluorik-ferrik harus memilih gred 12 untuk operasi berterusan dan mempertimbangkan penggilapan elektro untuk kebolehpercayaan maksimum. Spesifikasi aloi ini menghalang mod kegagalan dominan dalam aplikasi pemanasan penjerukan fluorida-nitrat.
