In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11 krzemian tworzy ciągłą, nie-porowatą warstwę ochronną o grubości 0,5–2 µm. Przy pH 9 powłoka jest porowata, popękana i nie-chroniona, co umożliwia penetrację chlorku lub innych agresywnych substancji i powodowanie wżerów. Różnica wynika ze stanu polimeryzacji jonów krzemianowych. Przy wysokim pH krzemian występuje w postaci monomerycznych jonów SiO₄⁴⁻, które tworzą gęsty, szklisty film. Przy niższym pH krzemian polimeryzuje w łańcuchy koloidalne, które tworzą porowatą, popękaną strukturę.

Mechanizm tworzenia-filmu krzemianowego w zależności od pH

The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), równowaga faworyzuje jony monomeryczne, które osadzają się w postaci gęstej warstwy amorficznej krzemionki. Przy pH 9–10 jony polimeryzują, tworząc-łańcuchowe struktury, które tworzą porowatą sieć. Folia zawiera również jony sodu, tworząc szkło krzemianowo-sodowe. Jakość ochrony zależy od gęstości folii i braku mikro-pęknięć.

Ilościowa jakość filmu w funkcji pH

Kontrolowane testy w 10% Na₂SiO₃ w temperaturze 80 stopni przez 500 godzin ustaliły następujące wyniki dla tytanu klasy 2. Przy pH 8 grubość powłoki wynosi 0,1–0,3 µm, porowatość powłoki jest wysoka, szybkość korozji 0,15–0,30 mm rocznie i występują wżery. Przy pH 9 grubość wynosi 0,2–0,5 µm, porowatość jest wysoka, szybkość korozji wynosi 0,08–0,20 mm rocznie, sporadycznie występują wżery. Przy pH 10 grubość wynosi 0,5–1,0 µm, porowatość jest umiarkowana, szybkość korozji 0,04–0,10 mm rocznie, a wżery są rzadkie. Przy pH 11 grubość wynosi 1,0–1,5 µm, porowatość jest niska, szybkość korozji wynosi 0,02–0,05 mm rocznie i nie występuje wżery. Przy pH 12 grubość wynosi 1,5–2,5 µm, porowatość jest bardzo niska, szybkość korozji wynosi 0,01–0,03 mm rocznie i nie występuje wżery. Przy pH 13 grubość wynosi 2,0–3,0 µm, porowatość jest bardzo niska, szybkość korozji wynosi 0,005–0,015 mm rocznie i nie występuje wżery.

Wpływ temperatury na wymagania pH

Minimalne pH wymagane dla folii ochronnej wzrasta wraz z temperaturą. Przy 60 stopniach minimalne pH wynosi 10,5, a zalecane pH to 11,0. Przy 80 stopniach minimalna wartość to 11,0, a zalecana to 11,5. Przy 100 stopniach minimalna wartość to 11,5, a zalecana to 12,0. Przy 120 stopniach minimalna wartość to 12,0, a zalecana to 12,5. Wyższe temperatury sprzyjają polimeryzacji krzemianów, co wymaga wyższego pH w celu utrzymania stanu monomerycznego.

Przewodnik dotyczący kontroli pH w serwisie metakrzemianu sodu

Poniższa tabela zawiera zalecenia dotyczące kontroli pH w celu utrzymania ochronnej warstwy krzemianowej na grzejnikach tytanowych klasy 2 w 10% metakrzemianu sodu w temperaturze 80 stopni.

Inżynieria wykraczająca poza kontrolę pH

Gatunek tytanu wpływa na wymagane pH. Klasa 7 (stabilizowana- palladem) tworzy ochronną warstwę krzemianową przy pH 10,5–11,0, nieco niższym niż klasa 2. Klasa 12 zachowuje się podobnie jak klasa 2. Grubość ścianki zapewnia naddatek na korozję, jeśli powłoka nie zapewnia pełnej ochrony. Stężenie krzemianów wpływa na tworzenie się filmu; przy 5% Na₂SiO₃ wymagane pH wynosi 11,5. Przy 15% Na₂SiO₃ wymagane pH wynosi 10,5. Obecność chlorków (z zanieczyszczeń) zwiększa wymagane pH o 0,5–1,0 jednostki. Roztwór należy monitorować za pomocą pehametru skalibrowanego dla roztworów o wysokim-pH.

Sporządzanie świadomej specyfikacji

W przypadku tytanowej grzałki zanurzeniowej w 10% metakrzemianu sodu w temperaturze 80 stopni, utrzymuj pH powyżej 11,0 dodając wodorotlenek sodu. Zainstaluj regulator pH z alarmem ustawionym na 10,8 i blokadą na 10,5. W przypadku istniejących systemów o pH poniżej 11 dodać NaOH, aby podnieść pH do 11,5. Jeśli nie można podnieść pH, użyj tytanu klasy 7 lub obniż temperaturę do 60 stopni. Podczas pracy sprawdź powierzchnię grzejnika pod kątem wżerów; w przypadku zaobserwowania wżerów należy natychmiast zwiększyć pH. Kontrolując pH powyżej 11, inżynier zapewnia utworzenie ochronnej, nieporowatej warstwy krzemianowej na tytanie.