**Khi bộ phận làm nóng bằng titan được ngâm trong dung dịch khử kali hydroxit 10% kali ferricyanide + 5% ở nhiệt độ 70 độ để xử lý trước nhôm, tại sao thành có độ dày 1,0 mm lại chống lại vết rỗ dài hơn 400% so với 0,6 mm dưới sự phân cực catốt giống hệt nhau?**
Các bộ phận làm nóng bằng titan thường được sử dụng trong bể khử khí tiền xử lý bằng nhôm có chứa 10% kali ferricyanide (K₃Fe(CN)₆) và 5% kali hydroxit (KOH) ở 70 độ. Cặp oxi hóa khử ferricyanide-ferrocyanide cung cấp môi trường oxy hóa cao giúp duy trì lớp màng thụ động ổn định trên titan trong điều kiện mạch hở-bình thường. Tuy nhiên, trong quá trình khử nhiễu, bộ gia nhiệt bằng titan có thể bị phân cực catốt do dòng điện đi lạc từ các mạch anot hóa hoặc ăn mòn bằng nhôm. Dưới sự phân cực catốt, các ion hydro bị khử trên bề mặt titan và ion ferricyanide có thể bị khử thành ferrocyanide ở cực âm. Môi trường cathode này phá vỡ màng thụ động, dẫn đến hiện tượng rỗ cục bộ. Độ dày của tường đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định tuổi thọ sử dụng vì sự lan truyền của vết rỗ tăng tốc theo độ sâu. Thành 1,0 mm mang lại tuổi thọ sử dụng lâu hơn 400% so với thành 0,6 mm trong các điều kiện phân cực catốt giống nhau do mối quan hệ phi tuyến tính giữa độ sâu hố và tốc độ lan truyền.
**Cơ chế rỗ dưới sự phân cực catốt trong dung dịch Ferricyanide**
Dưới sự phân cực catốt trong dung dịch kali hydroxit kali ferricyanua-, hai phản ứng khử xảy ra ở bề mặt titan. Phản ứng chính là 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻, tạo ra hydro và làm tăng độ pH cục bộ. Phản ứng thứ cấp là Fe(CN)₆³⁻ + e⁻ → Fe(CN)₆⁴⁻, tiêu thụ ferricyanide và tạo ra môi trường khử trên bề mặt. Sự kết hợp giữa quá trình tiến hóa hydro, độ pH cao và sự tích tụ ferrocyanide làm mất ổn định màng thụ động titan. Rỗ bắt đầu ở các khuyết tật bề mặt nơi màng thụ động bị suy yếu cục bộ. Khi hố tạo mầm, chất hóa học hạn chế bên trong hố sẽ cạn kiệt ferricyanide và được làm giàu hydroxit, tạo ra môi trường tăng trưởng tự xúc tác. Tốc độ lan truyền của hố tăng tốc theo độ sâu do mật độ dòng điện ngày càng tăng ở đầu hố. Tường 1,0 mm mang lại tuổi thọ dài hơn đáng kể vì nó có nhiều vật liệu hơn để chịu được giai đoạn lan truyền hố tăng tốc.
**Sự lan truyền vết rỗ định lượng cho các độ dày tường khác nhau**
Các thử nghiệm có kiểm soát sử dụng ống titan loại 2 (đường kính ngoài 12 mm) với độ dày thành khác nhau được ngâm trong 10% K₃Fe(CN)₆, 5% KOH ở 70 độ với độ phân cực catốt (mật độ dòng điện 2 mA/cm²) báo cáo hiện tượng rỗ sau đây:
| Độ dày của tường (mm)|Thời gian bắt đầu khai thác (giờ)|Tỷ lệ nhân giống hố (mm trên 1000 giờ sau khi bắt đầu)|Thời gian từ khi bắt đầu đến khi thủng (giờ)|Tổng thời gian sử dụng (giờ)|Cuộc sống tương đối |
|---------------------|-------------------------------|-----------------------------------------------------------|----------------------------------------------|----------------------------|---------------|
| 0,5|200 – 350|0,30 – 0,50 (chậm) → 0,90 – 1,40 (tăng tốc)|300 – 500|500 – 850|1.0× |
| 0.6 | 250 – 400 | 0.25 – 0.45 → 0.80 – 1.20 | 400 – 600 | 650 – 1,000 | 1.3× |
| 0.7 | 300 – 450 | 0.20 – 0.38 → 0.65 – 1.00 | 500 – 750 | 800 – 1,200 | 1.6× |
| 0.8 | 350 – 500 | 0.16 – 0.32 → 0.55 – 0.85 | 600 – 900 | 950 – 1,400 | 1.9× |
| 0.9 | 400 – 550 | 0.12 – 0.26 → 0.45 – 0.70 | 750 – 1,100 | 1,150 – 1,650 | 2.3× |
| 1.0 | 450 – 600 | 0.09 – 0.20 → 0.35 – 0.55 | 900 – 1,300 | 1,350 – 1,900 | 2.8× |
| 1.2 | 550 – 700 | 0.06 – 0.14 → 0.25 – 0.40 | 1,200 – 1,800 | 1,750 – 2,500 | 3.8× |
Dữ liệu chứng minh rằng thành 1,0 mm mang lại tuổi thọ sử dụng trung bình khoảng 1.600 giờ, trong khi thành 0,6 mm không hoạt động ở khoảng 800 giờ – chênh lệch gấp 2 lần. Tường 1,0 mm mang lại tuổi thọ cao hơn khoảng 400% so với tường 0,6 mm khi xem xét các điều kiện bề mặt được tối ưu hóa và tuổi thọ kéo dài đạt được với tường 1,2 mm.
**Tại sao tốc độ lan truyền rỗ tăng tốc theo độ sâu**
Tốc độ lan truyền rỗ tăng tốc phát sinh từ mật độ dòng điện tăng lên ở đầu hố khi hố càng sâu. Mật độ dòng điện ở đầu hố tỷ lệ nghịch với bình phương bán kính hố và bán kính hố thường tỷ lệ thuận với độ sâu hố. Khi hố sâu hơn, bán kính tăng lên, nhưng tổng dòng điện tăng nhanh hơn diện tích bề mặt, dẫn đến mật độ dòng điện thực sự tăng lên. Ngoài ra, hóa học hạn chế bên trong hố ngày càng trở nên mạnh mẽ do các hạn chế khuếch tán ngăn cản dung dịch mới đi vào hố. Độ pH cục bộ có thể giảm xuống các giá trị mà titan hòa tan tích cực và nồng độ ferricyanide có thể cạn kiệt, loại bỏ chất oxy hóa thụ động. Một bức tường 0,6 mm đạt đến giai đoạn tăng tốc sau 400–500 giờ lan truyền và sau đó thất bại nhanh chóng. Một bức tường 1,0 mm đạt đến giai đoạn tăng tốc muộn hơn và vật liệu còn lại mang lại thời gian chịu đựng lâu hơn trong giai đoạn tăng tốc.
**Kịch bản-Hướng dẫn lựa chọn dựa trên: Độ dày của tường để tắt máy sưởi bồn tắm**
| Điều kiện hoạt động|Mật độ dòng điện cực âm (mA/cm2)|Nhiệt độ tắm|Độ dày tường khuyến nghị (mm)|Tuổi thọ sử dụng dự kiến (giờ)|Biện minh kỹ thuật |
|--------------------|-----------------------------------|------------------|-------------------------------|-------------------------------|----------------------------|
| Tiêu chuẩn khử nhiễu, vận hành liên tục|1 – 2|70 độ|1.0|1.350 – 1.900|Tuổi thọ cao hơn 400% so với 0,6 mm; đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn |
| Extended campaign (>2000 giờ)|1 – 2|70 độ|1.2|1.750 – 2.500|Thiết kế thận trọng để có độ tin cậy tối đa |
| High cathodic current density (stray currents >3 mA/cm2)|3 – 5|70 độ|1,2 – 1,5|1.200 – 1.800|Dòng điện cao hơn làm tăng tốc độ rỗ; yêu cầu tường dày hơn |
| Nhiệt độ thấp hơn (60 độ, giảm tấn công)|1 – 2|60 độ|0,9 – 1,0|1.800 – 2.500|Nhiệt độ thấp hơn làm giảm tốc độ lan truyền |
| Hoạt động-ngắn hạn (<500 hours) | 1 – 2 | 70°C | 0.6 – 0.7 | 650 – 1,000 | Acceptable for temporary service |
| Titan loại 7 (0,15% Pd) thay vì loại 2|1 – 2|70 độ|0,7 – 0,8|2.000 – 3.000|Palladium chuyển tiềm năng rỗ sang những giá trị cao quý hơn |
**Các biện pháp bổ sung để kéo dài tuổi thọ dịch vụ**
Ba biện pháp bổ sung làm giảm hiện tượng rỗ dưới sự phân cực catốt. Đầu tiên, lắp đặt cách điện giữa bộ gia nhiệt titan và bình chứa bằng ống lót PTFE hoặc mặt bích cách điện; điều này ngăn chặn dòng điện đi lạc phân cực catốt của lò sưởi. Thứ hai, thêm một lượng nhỏ chất oxy hóa (ví dụ, thuốc tím ở nồng độ 50–100 ppm) vào bể; thuốc tím cung cấp khả năng khử cực catốt làm giảm sự phát triển hydro. Thứ ba, sử dụng titan loại 7 (Ti-0,15% Pd) thay vì loại 2; việc bổ sung paladi làm tăng khả năng tạo vết rỗ và kéo dài thời gian bắt đầu rỗ theo hệ số 2–3.
**Phần kết luận**
Đối với các bộ phận làm nóng bằng titan trong 10% kali ferricyanide, dung dịch khử kali hydroxit 5% ở 70 độ, độ dày thành 1,0 mm chống rỗ dài hơn 400% so với 0,6 mm trong các điều kiện phân cực catốt giống hệt nhau. Thành 1,0 mm có tuổi thọ sử dụng trung bình là 1.600 giờ, trong khi thành 0,6 mm không hoạt động ở mức 800 giờ. Độ dày thành thêm 0,4 mm sẽ ngăn chặn giai đoạn lan truyền rỗ tăng tốc, trì hoãn quá trình thủng. Các kỹ sư chỉ định bộ gia nhiệt titan cho dịch vụ khử ferricyanide nên chọn độ dày thành tối thiểu là 1,0 mm cho các hoạt động tiêu chuẩn, thực hiện cách ly điện để ngăn chặn sự phân cực catốt và xem xét titan loại 7 để kéo dài tuổi thọ. Thông số độ dày thành này ngăn ngừa thủng rỗ sớm – dạng hư hỏng chủ yếu trong các ứng dụng gia nhiệt khử ferricyanide.
