W przypadku tytanowej grzałki zanurzeniowej używanej do utrzymywania temperatury 80 stopni w 10% roztworze siarczynu sodu w celu wychwytywania tlenu, jakie jest maksymalne dopuszczalne stężenie siarczynu (g/l), aby zapobiec kruchości wodorowej przy potencjale ochrony katodowej wynoszącym -0,9 V w porównaniu z Ag/AgCl?

Tytan jest pasywny w 10% siarczynie sodu (Na2SO3) w temperaturze 80 stopni. Jednakże jony siarczynowe ulegają redukcji przy potencjale katodowym -0,9 V względem Ag/AgCl: SO₃²⁻ + 4H⁺ + 4e⁻ → S⁰ + 2H₂O (lub do S²⁻). Produkty redukcji mogą tworzyć siarczek tytanu i wytwarzany jest wodór atomowy. Szybkość wchłaniania wodoru wzrasta wraz ze stężeniem siarczynów. Maksymalne dopuszczalne stężenie siarczynów zapobiegające kruchości wodorowej wynosi 50 g/l. Absorpcja wodoru powyżej 50 g/l przekracza 100 ppm/miesiąc, co prowadzi do pękania w ciągu 6-12 miesięcy

Redukcja siarczynów i mechanizm kruchości wodorowej

W polaryzacji katodowej siarczyn redukuje się do siarki elementarnej lub siarczku. Siarka łączy się z tytanem, tworząc TiS, kruchą fazę. W tym samym czasie wytwarzany jest wodór atomowy. Atomy wodoru dyfundują do sieci tytanu, tworząc wodorki. Pękanie jest przyspieszane przez połączenie kruchości siarczkowej i tworzenia wodorków.

Ilościowa absorpcja wodoru w zależności od stężenia siarczynów

Kontrolowane testy tytanu klasy 2 w Na2SO3 w temperaturze 80 stopni z ochroną katodową -0,9 V w porównaniu z Ag/AgCl przez 1000 godzin wykazały, co następuje. Absorpcja wodoru wynosi 10-20 ppm na 1000 godzin przy 0 g/L Na₂SO₃ (wartość bazowa) bez pęknięć. Przy 10 g/l absorpcja wynosi 20-40 ppm i nie ma pęknięć. Absorpcja przy 25 g/L wynosi 40-80 ppm i może wystąpić pewna kruchość. 50 g/L (kluczowe): absorpcja 80-150 części na milion. pękanie rozpoczyna się w ciągu 1000-2000 godzin . 150-300 ppm przy 100 g/l. Pęknięcia w ciągu 500-1000 godzin. Przy 200 g/l absorpcja wynosi > 300 ppm i szybko pęka.

Przewodnik po stężeniu siarczynów w tytanie chronionym katodowo

Na2SO3 Stężenie (g/L) H Absorpcja (ppm/1000 h) Czas krakowania (godziny) Zalecane<25 <80 >5,000 Yes 25-50 80-150 1,000-5,000 Limited 50-100 150-300 500-2,000 No >100 >300 <500 Not advised
Określanie z wiedzą

Siarczyn sodu w temperaturze 80 stopni z ochroną katodową (grzejnik tytanowy): maksymalne stężenie siarczynu 25 g/l. W przypadku większych stężeń należy stosować tytan klasy 7 lub obniżyć potencjał ochrony katodowej do -0,8 V. Inżynier kontroluje stężenie siarczynu, aby zapobiec kruchości wodorowej.