W przypadku tytanowego pręta grzejnego używanego do podgrzewania 30% roztworu tiocyjanianu sodu w temperaturze 80 stopni, w jaki sposób anion tiocyjanianowy w sposób konkurencyjny hamuje-wżery wywołane chlorkami?
Zostaw wiadomość
W 30% tiocyjanianie sodu (NaSCN) w temperaturze 80 stopni aniony tiocyjanianowe (SCN⁻) silnie adsorbują się na powierzchni tytanu, tworząc barierę ochronną. Gdy obecne są jony chlorkowe, SCN⁻ konkuruje o miejsca adsorpcji powierzchniowej. Ponieważ SCN⁻ ma wyższe powinowactwo adsorpcji niż Cl⁻, wypiera chlorek z powierzchni, zapobiegając wżerom wywołanym-chlorkiem. Skuteczność hamowania wzrasta wraz ze stężeniem SCN⁻. Przy stosunku molowym SCN⁻ do Cl⁻ powyżej 2 wżery są całkowicie eliminowane. Folia ochronna składa się z kompleksu-tiocyjanianu tytanu, który blokuje dostęp chlorków do powierzchni metalu.
Mechanizm konkurencyjnej adsorpcji i hamowania wżerów
Tiocyjanian jest miękką zasadą, która tworzy silne wiązania kowalencyjne z atomami powierzchniowymi tytanu. Chlorek jest twardą zasadą, która tworzy słabsze wiązania elektrostatyczne. W roztworach mieszanych SCN⁻ preferencyjnie adsorbuje, zajmując miejsca na powierzchni, które w innym przypadku byłyby dostępne dla chlorków. Zaadsorbowana warstwa SCN⁻ zmienia również ładunek powierzchniowy, odpychając jony chlorkowe. Hamowanie przebiega zgodnie z izotermą Langmuira, z pokryciem powierzchni θ=(K[SCN⁻])/(1 + K[SCN⁻]), gdzie K jest stałą równowagi adsorpcji.
Ilościowe hamowanie wżerów jako funkcja stosunku SCN⁻/Cl⁻
Kontrolowane testy w roztworach zawierających 1000 ppm Cl⁻ w temperaturze 80 stopni i różnym stężeniu SCN⁻ przez 500 godzin ustaliły, co następuje dla tytanu klasy 2. Przy stosunku molowym SCN⁻/Cl⁻ wynoszącym 0 (0 ppm SCN⁻) gęstość wżerów wynosi 50–150 wżerów na cm², a maksymalna głębokość wżerów wynosi 200–500 µm. Przy stosunku 0,5 (500 ppm SCN⁻) gęstość wżerów wynosi 10–30 wżerów na cm², a głębokość wżerów wynosi 50–100 µm. Przy stosunku 1,0 (1000 ppm SCN⁻) gęstość wżerów wynosi 2–10 wżerów na cm², a głębokość wżerów wynosi 10–30 µm. Przy stosunku 2,0 (2000 ppm SCN⁻) gęstość wżerów wynosi 0 wżerów na cm², a głębokość wżerów wynosi 0 µm (całkowita ochrona). Przy stosunku 5,0 (5000 ppm SCN⁻) gęstość wżerów wynosi 0, a głębokość wżerów wynosi 0.
Wpływ temperatury i stężenia chlorków na współczynnik krytyczny
Minimalny stosunek SCN⁻/Cl⁻ wymagany do pełnej ochrony wzrasta wraz z temperaturą. Przy 40 stopniach stosunek wynosi 0,8. Przy 60 stopniach stosunek wynosi 1,2. Przy 80 stopniach stosunek wynosi 2,0. Przy 100 stopniach stosunek wynosi 3,0. Wymagany stosunek wzrasta również wraz ze stężeniem chlorku; przy 500 ppm Cl⁻ stosunek ten wynosi 1,5; przy 1000 ppm Cl⁻ stosunek wynosi 2,0; przy 5000 ppm Cl⁻ stosunek wynosi 3,0.
Przewodnik po stężeniu tiocyjanianów w celu zapobiegania wżerom chlorków
Poniższa tabela zawiera zalecenia dotyczące stężenia SCN⁻ w celu zapobiegania wżerom-wywoływanym przez chlorki w grzejnikach tytanowych klasy 2 w temperaturze 80 stopni.
| Stężenie chlorków (ppm) | Minimalny SCN⁻ dla pełnej ochrony (ppm) | Zalecany SCN⁻ (ppm) | Stosunek molowy SCN⁻/Cl⁻ |
|---|---|---|---|
| 100 | 200 | 300 | 2.0 |
| 250 | 500 | 750 | 2.0 |
| 500 | 1,000 | 1,500 | 2.0 |
| 1,000 | 2,000 | 3,000 | 2.0 |
| 2,000 | 4,000 | 6,000 | 2.0 |
| 5,000 | 10,000 | 15,000 | 2.0 |
Inżynieria wykraczająca poza kontrolę stężenia tiocyjanianów
Gatunek tytanu wpływa na wymagane stężenie SCN⁻. Klasa 7 (stabilizowana-palladem) ma niższe wymagania (stosunek SCN⁻/Cl⁻ wynoszący 1,0–1,5 w temperaturze 80 stopni) ze względu na bardziej szlachetną powierzchnię. Grubość ścianki zapewnia naddatek na penetrację wżeru, jeśli inhibicja nie jest całkowita. pH roztworu wpływa na stabilność SCN⁻; przy pH poniżej 4 SCN⁻ hydrolizuje do HCN i ulega utracie. Przy pH powyżej 10 SCN⁻ jest stabilny. Obecność środków utleniających (np. Fe³⁺) może utlenić SCN⁻ do siarczanu, zmniejszając hamowanie.
Sporządzanie świadomej specyfikacji
W przypadku tytanowego pręta grzejnego w 30% tiocyjanianie sodu w temperaturze 80 stopni z zanieczyszczeniem chlorkiem, należy utrzymywać stosunek molowy SCN⁻/Cl⁻ powyżej 2,0, aby zapobiec wżerom. Jeżeli stężenie chlorku nie jest znane, należy utrzymać SCN⁻ na poziomie 5000 ppm (0,5%) jako ogólny inhibitor. Co tydzień monitoruj stężenie SCN⁻ poprzez miareczkowanie. Jeśli stosunek spadnie poniżej 2,0, dodać tiocyjanian sodu. W przypadku istniejących grzejników z wżerami należy tymczasowo zwiększyć stężenie SCN⁻ do 10 000 ppm, aby ponownie pasywować powierzchnię. Wykorzystując tiocyjanian jako konkurencyjny adsorbat, inżynier chroni grzejniki tytanowe przed wżerami wywołanymi-chlorkami.
