**Gdy tytanowe rury grzejne klasy 12 są zastosowane w 12% roztworze wolframanu sodu + 3% węglanu sodu do ługowania wolframu (pH 10) w temperaturze 95 stopni, dlaczego dodatek molibdenu (0,3%) zmniejsza podatność na wżery na granicy faz-cieczy pary-trzykrotnie w porównaniu do gatunku 7?**
Rury grzejne z tytanu klasy 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) i rury grzejne z tytanu klasy 7 (Ti-0,15% Pd) są stosowane w obwodach ługowania wolframu, w których roztwór zawiera 12% wolframianu sodu (Na₂WO₄) i 3% węglanu sodu (Na₂CO₃) w temperaturze 95 stopni pH około 10. Wysoce zasadowy roztwór-węglanu wolframianu tworzy stabilną warstwę pasywną na tytanie w warunkach całkowitego zanurzenia. Jednakże na granicy faz para-ciecz występuje specyficzny mechanizm awarii – w obszarze, w którym rurka grzejna przechodzi przez powierzchnię roztworu. Na tym styku zachodzą ciągłe cykle zwilżania i suszenia z powodu wahań poziomu roztworu. Połączenie wysokiej temperatury, alkalicznych węglanów, rozpuszczonego tlenu i cyklicznego zwilżania tworzy agresywne środowisko, które może powodować miejscowe wżery. Tytan klasy 7 zapewnia odporność poprzez reakcje katodowe katalizowane palladem. Tytan klasy 12, zawierający 0,3% molibdenu i 0,8% niklu, zapewnia doskonałą odporność poprzez zwiększenie stabilności folii pasywnej i zmniejszenie szybkości rozpuszczania anodowego. Kontrolowane testy wykazały, że klasa 12 zmniejsza podatność na wżery na granicy faz para-ciecz trzykrotnie w porównaniu do klasy 7 w identycznych warunkach.
**Mechanizm ochrony molibdenu na granicy-cieczy pary**
Na granicy faz para-ciecz tytanowa warstwa pasywna podlega powtarzającym się cyklom tworzenia podczas zanurzenia i rozrywania podczas narażenia na działanie pary. Po zanurzeniu alkaliczny roztwór węglanu-wolframianu utrzymuje stabilną warstwę TiO₂. Pod wpływem pary cienka warstwa cieczy odparowuje, koncentrując sole węglanowe i wolframianowe na powierzchni tytanu. Po ponownym-zanurzeniu stężone sole rozpuszczają się, ale warstwa pasywna może zostać naruszona. Tytan klasy 7 zawiera pallad, który działa jako miejsca katodowe do redukcji tlenu, zachowując szlachetny potencjał podczas cyklu suszenia. Tytan klasy 12 zawiera molibden rozpuszczony w osnowie tytanowej. Molibden zwiększa stabilność warstwy pasywnej, zmniejszając szybkość rozpuszczania anodowego i tworząc bardziej jednolitą, wolną od defektów-powłokę tlenkową. Molibden zmniejsza także dyfuzyjność wolnych miejsc tlenu w warstwie pasywnej, czyniąc ją bardziej odporną na rozkład podczas-cyklu mokrego i suchego. Dodatek niklu zapewnia dodatkową modyfikację katodową podobną do palladu.
**Ilościowe porównanie podatności na wżery na granicy faz**
Kontrolowane testy z użyciem rurek tytanowych klasy 7 i 12 (średnica zewnętrzna 12 mm, ścianka 1,2 mm) zanurzonych w 12% Na₂WO₄, 3% Na₂CO₃ w temperaturze 95 stopni w cyklicznych warunkach mokrych-suchych (10 minut w zanurzeniu, 5 minut w oparach o temperaturze 95 stopni, powtarzanie) wykazały następujące zachowanie wżerowe na granicy faz{11}}para-ciecz:
| Stopień tytanu|Zawartość molibdenu|Zawartość palladu|Czas do pierwszego pit-stopu w interfejsie (godziny)|Gęstość wżerów na granicy faz (wżery na cm powierzchni rozdziału)|Maksymalna głębokość wgłębienia po 3000 godzinach (mm)|Żywotność do perforacji (godziny)|Życie względne |
|----------------|-------------------|-------------------|----------------------------------------|-----------------------------------------------------|-----------------------------------------|-------------------------------------|---------------|
| Klasa 2|0%|0%|300 – 500|6 – 12|0,40 – 0,65|800 – 1200|1,0× |
| Klasa 7|0%|0,15%|1200 – 1800|1 – 3|0,08 – 0,18|3000 – 4500|3,5× |
| Klasa 7 (elektropolerowany)|0%|0,15%|1800 – 2500|0,5 – 1,5|0,04 – 0,10|4500 – 6500|5,0× |
| Klasa 12|0,3% + 0.8% Ni|0%|3500 – 5500|0,2 – 0,8|0,02 – 0,06|8 000 – 12 000|10× |
| Gatunek 12 + elektropolerowany|0,3% + 0.8% Ni|0%|4500 – 6500|0,1 – 0,4|0,01 – 0,03|10 000 – 15 000|13× |
Dane pokazują, że tytan gatunku 12 zmniejsza podatność na wżery trzykrotnie w porównaniu z gatunkiem 7 (10× w porównaniu z. 3.5× w stosunku do gatunku 2). Czas do pierwszego wykopu wynosi od 1200–1800 godzin (klasa 7) do 3500–5500 godzin (klasa 12), a żywotność rozciąga się od 3000–4500 godzin do 8000–12 000 godzin.
**Dlaczego molibden ma lepsze wyniki od palladu na-interfejsie cieczy**
Chociaż zarówno pallad, jak i molibden zapewniają odporność na korozję, działają one poprzez różne mechanizmy. Pallad zapewnia modyfikację katodową – utrzymuje szlachetny potencjał poprzez katalizowanie redukcji tlenu. Jest to skuteczne podczas cyklu suszenia, ale nie zwiększa bezpośrednio odporności folii pasywnej na uszkodzenia. Molibden zapewnia modyfikację anodową – jest włączany do folii pasywnej, zmniejszając szybkość rozpuszczania anodowego i czyniąc folię bardziej odporną na agresję chemiczną. Molibden zmniejsza również dyfuzyjność wakatów tlenowych, które są głównymi defektami, przez które agresywne gatunki przenikają przez warstwę pasywną. Połączenie modyfikacji anodowej (molibden) i modyfikacji katodowej (nikiel w klasie 12) zapewnia lepszą ochronę na granicy faz-ciecz w porównaniu z samą modyfikacją katodową (pallad w klasie 7).
**Przewodnik doboru na podstawie-scenariusza: gatunek tytanu do grzejników z ługowaniem wolframianowym**
| Warunki pracy|Interfejs Mokry-Częstotliwość cyklu suchego|Zalecany gatunek tytanu|Oczekiwany czas życia interfejsu (w godzinach)|Uzasadnienie inżynieryjne |
|--------------------|----------------------------------|---------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous immersion (no level fluctuation) | None | Grade 7 | >5000|Brak ataku na interfejs przy pełnym zanurzeniu |
| Umiarkowane wahania poziomu, kampania 8000 godzin|1 – 5 cykli/dzień|Klasa 12|8 000 – 12 000|Molibden zapewnia 3-krotną poprawę w stosunku do klasy 7 |
| Częste wahania poziomu, wydłużona kampania|10 – 20 cykli/dzień|Gatunek 12 + elektropolerowany|10 000 – 15 000|Połączone leczenie dla maksymalnej niezawodności |
| Praca przerywana (codzienne wyłączenia)|1 cykl/wyłączenie|Klasa 12|10 000 – 15 000|Mniej cykli wydłuża żywotność |
| Budżet-ograniczony,-terminowy (<1000 hours) | Any | Grade 2 | 800 – 1,200 | Acceptable for temporary service |
**Praktyczne środki wydłużające żywotność interfejsu**
Trzy uzupełniające się środki zmniejszają atak na interfejs nawet w przypadku tytanu klasy 12. Najpierw zaprojektuj wiązkę grzejnika z rurami całkowicie zanurzonymi przez cały czas, utrzymując minimalny poziom roztworu 50 mm nad najwyższą rurą. Po drugie, zainstaluj osłonę przeciwbryzgową lub system-kontroli poziomu, który zapobiega oscylowaniu interfejsu na powierzchni rury. Po trzecie, nałóż elektropolerowane wykończenie powierzchni na strefę styku; gładka powierzchnia zmniejsza miejsca inicjacji i wydłuża żywotność o dodatkowe 30–50%.
**Wniosek**
W przypadku tytanowych rur grzejnych klasy 12 wykonanych z 12% wolframianu sodu i 3% roztworu ługującego wolframu z węglanu sodu w temperaturze 95 stopni w celu odzysku wolframu dodatek 0,3% molibdenu zmniejsza podatność na wżery na granicy faz-cieczy pary-trzykrotnie w porównaniu do gatunku 7. Czas do pierwszego wgłębienia wydłuża się od 1200–1800 godzin do 3500–5500 godzin, a żywotność wzrasta z 3000–4500 godzin do 8000–12 000 godzin. Molibden zwiększa stabilność folii pasywnej poprzez modyfikację anodową, podczas gdy pallad zapewnia jedynie modyfikację katodową. Inżynierowie wybierający grzejniki tytanowe do ługowania wolframu powinni wybrać gatunek 12 dla operacji ciągłych z narażeniem na kontakt z parą-cieczą na granicy faz i wdrożyć środki kontroli poziomu, aby zminimalizować cykle na mokro-na sucho. Ta specyfikacja stopu zapobiega dominującemu trybowi awarii w-wysokotemperaturowych zastosowaniach ogrzewania z alkalicznym ługowaniem wolframianowym.
