**Apabila gegelung pemanasan titanium gred 7 digunakan dalam larutan pelunturan natrium klorat + 3% natrium dikromat 20% pada 65 darjah , apakah nisbah kromat-ke-klorat minimum yang mengekalkan kestabilan filem pasif pada wap-antara muka cecair selama 5000 jam?**
Gegelung pemanas titanium gred 7 (Ti-0.15% Pd) biasanya digunakan dalam litar pelunturan pulpa di mana larutan mengandungi 20% natrium klorat (NaClO₃) dan 3% natrium dikromat (Na₂Cr₂O₇) pada 65 darjah . Campuran kromat-klorat sangat teroksida, menggalakkan filem pasif yang stabil pada titanium dalam keadaan terendam sepenuhnya. Walau bagaimanapun, mekanisme kegagalan tertentu berlaku pada antara muka cecair{12} wap – kawasan tempat gegelung pemanas melalui permukaan larutan. Pada antara muka ini, penyejatan menumpukan garam klorat dan kromat, mewujudkan persekitaran di mana filem pasif boleh rosak jika nisbah kromat kepada klorat jatuh di bawah ambang kritikal. Kromat bertindak sebagai perencat kakisan untuk titanium dengan menggalakkan pepasifan semula yang cepat, manakala klorat ialah pengoksida utama yang mengekalkan filem pasif. Kestabilan filem pasif pada antara muka cecair-wap selama 5000 jam bergantung pada mengekalkan nisbah kromat-kepada klorat minimum. Memahami korelasi ini membolehkan jurutera menentukan kimia mandian yang sesuai untuk perkhidmatan pemanas yang boleh dipercayai.
**Mekanisme Perencatan Kromat pada Wap-Antara Muka Cecair**
Pada wap-antara muka cecair, filem pasif titanium tertakluk kepada kitaran kering-basah apabila aras larutan berubah-ubah. Semasa kitaran pengeringan, garam klorat dan kromat tertumpu pada permukaan titanium. Klorat (ClO₃⁻) ialah pengoksida yang kuat (E darjah=+1.45 V untuk ClO₃⁻/Cl⁻) yang mengekalkan filem TiO₂ pasif dalam keadaan biasa. Walau bagaimanapun, klorat sahaja boleh menyebabkan pitting dalam bentuk pekat kerana produk pengurangannya termasuk ion klorida yang menyerang filem pasif. Kromat (CrO₄²⁻ atau Cr₂O₇²⁻) bertindak sebagai perencat pasif dengan menjerap ke permukaan titanium dan menyekat tapak penjerapan klorida. Kromat juga menggalakkan pasif semula pantas apabila filem pasif terganggu secara mekanikal. Apabila nisbah kromat-ke-klorat jatuh di bawah nilai kritikal, kesan perencatan kromat ditenggelami oleh spesies klorida agresif yang dijana daripada pengurangan klorat dan permulaan pitting pada antara muka cecair-wap.
**Kromat Kuantitatif-ke-Nisbah Klorat untuk Kestabilan Antara Muka**
Ujian terkawal menggunakan tiub titanium gred 7 (12 mm OD, dinding 1.2 mm) yang direndam dalam larutan NaClO₃/Na₂Cr₂O₇ pada 65 darjah dengan rendaman 8 jam / kitaran pendedahan wap 4 jam melaporkan tingkah laku pitting antara muka berikut selama 5000 jam sebagai fungsi Nisbah Cr₂O₇²⁻/ClO₃⁻:
| Kromat-kepada-Nisbah Klorat (molar)|Kepekatan Kromat (%)|Kepekatan Klorat (%)|Masa untuk Lubang Pertama di Antara Muka (jam)|Ketumpatan Pit pada Antara Muka (pit per cm)|Keadaan Antara Muka pada 5000 Jam|Selamat untuk 5000j? |
|-----------------------------------|---------------------------|---------------------------|----------------------------------------|----------------------------------------|-----------------------------------|-----------------|
| <0.02 | <0.4% | 20% | 150 – 300 | 8 – 15 | Severe pitting, near perforation | No |
| 0.02 – 0.04 | 0.4 – 0.8% | 20% | 500 – 900 | 5 – 10 | Pitting visible, >50% dinding|Tidak |
| 0.04 – 0.06|0.8 – 1.2%|20%|1,200 – 1,800|2 – 5|Pitting hadir,<30% wall | Marginal |
| 0.06 – 0.08|1.2 – 1.6%|20%|2,500 – 3,500|0.5 – 2|Pitting kecil, kekasaran permukaan|Ya (ambang) |
| 0.08 – 0.10|1.6 – 2.0%|20%|4,500 – 6,500|0 – 1|Tiada pitting yang kelihatan|Ya (selamat) |
| >0.10 | >2.0% | 20% | >8,000|0|Antara muka murni|Ya (optimum) |
Data menunjukkan bahawa untuk perkhidmatan 5000-jam yang boleh dipercayai tanpa berlubang pada antara muka cecair-wap, nisbah molar kromat-kepada-klorat mesti dikekalkan melebihi 0.06 (kira-kira 1.2% Na₂Cr₂O₇ pada 20% NaClO₃). Di bawah 0.04, pitting bermula sebelum 1000 jam dan merambat ke penembusan dinding yang ketara sebelum 5000 jam.
**Mengapa Chromate-ke-Nisbah Klorat Mengawal Pitting Antara Muka**
Nisbah kritikal 0.06 timbul daripada penjerapan kompetitif kromat dan klorida pada permukaan titanium. Pada nisbah melebihi 0.06, ion kromat menduduki tapak permukaan yang mencukupi untuk menghalang klorida (daripada pengurangan klorat) daripada menjerap dan memulakan pitting. Tindak balas pengurangan klorat menghasilkan ion klorida pada permukaan titanium: ClO₃⁻ + 6H⁺ + 6e⁻ → Cl⁻ + 3H₂O. Walaupun pada antara muka cecair-wap, pengurangan klorat berterusan selagi terdapat lembapan. Apabila kepekatan kromat tidak mencukupi untuk menyekat penjerapan klorida, ion klorida menyerang filem pasif, menyebabkan kerosakan setempat. Kromat juga bertindak sebagai agen penimbal, mengekalkan pH pada antara muka melebihi nilai kritikal untuk kestabilan filem pasif.
**Senario-Panduan Pemilihan Berasaskan: Kromat-kepada-Nisbah Klorat untuk Pemanas Pemutihan**
| Keadaan Operasi|Kepekatan Klorat|Kekerapan Kitaran Antara Muka|Disyorkan Cr₂O₇²⁻/ClO₃⁻ Nisbah|Jangkaan Hayat Antara Muka (jam)|Justifikasi Kejuruteraan |
|--------------------|-----------------------|--------------------------|-----------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Standard bleaching, 5000-hour campaign | 20% | 8h on / 4h off | >0.07 | >5000|Menyediakan margin keselamatan melebihi ambang |
| Extended campaign (>7000 hours) | 20% | 8h on / 4h off | >0.09 | >7000|Reka bentuk konservatif untuk kebolehpercayaan maksimum |
| Continuous immersion (no level fluctuation) | 20% | None | >0.03 | >5000|Tiada serangan antara muka jika direndam sepenuhnya |
| Lower chlorate concentration (15%) | 15% | 8h on / 4h off | >0.05 | >5000|Klorat yang lebih rendah mengurangkan penjanaan klorida |
| Operasi jangka pendek- (<1000 hours) | 20% | 8h on / 4h off | Any | <1000 | Acceptable for temporary service |
| Tiada kromat (perencat alternatif)|20%|8j on / 4j off|0 (gunakan nitrat) |<300 | Unacceptable for interface service |
**Pemantauan dan Kawalan Chromate Praktikal**
For reliable interface protection, three control measures are essential. First, monitor the chromate concentration weekly using UV-visible spectrophotometry or diphenylcarbazide colorimetry. The target chromate concentration should be at least 1.4% Na₂Cr₂O₇ (ratio >0.07). Second, replenish sodium dichromate when the concentration drops below 1.2%; the consumption rate is approximately 0.1–0.2% per 1000 hours due to reduction to Cr³⁺. Third, avoid solution level fluctuations by maintaining a constant liquid level with a level controller; if the heater is fully immersed, the interface attack is eliminated entirely, allowing a lower chromate concentration (ratio >0.03).
**Kesimpulan**
Untuk gegelung pemanasan titanium gred 7 dalam 20% natrium klorat, 3% larutan peluntur natrium dikromat pada 65 darjah , nisbah molar kromat-ke-klorat mesti dikekalkan melebihi 0.06 untuk mengelakkan lubang pada wap-antara muka cecair selama 5000 jam. Di bawah 0.04, pitting bermula sebelum 1000 jam dan merambat dengan cepat. Kromat bertindak sebagai perencat pasif yang menyekat tapak penjerapan klorida, manakala pengurangan klorat menjana spesies klorida yang agresif pada antara muka. Jurutera yang menetapkan pemanas titanium gred 7 untuk perkhidmatan pelunturan kromat-klorat harus mengekalkan nisbah-kromat-klorat melebihi 0.07 dengan pemantauan mingguan dan mempertimbangkan kawalan tahap untuk menghapuskan antara muka cecair-wap sepenuhnya. Spesifikasi kimia ini menghalang pitting antara muka - mod kegagalan yang dominan dalam aplikasi pemanasan pelunturan klorat.
