**สำหรับคอยล์ทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 12 ที่จุ่มอยู่ในอ่างดองกรดไฮโดรฟลูออริก + 2% เฟอร์ริกไนเตรต 8% ที่ 55 องศา การเติมโมลิบดีนัม (0.3%) จะช่วยลดอัตราการกัดกร่อนทั่วไปจาก 0.20 มม./ปี เป็น 0.04 มม./ปี เมื่อมีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 1% ได้อย่างไร**
คอยล์ทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 12 (Ti-0.3Mo-0.8Ni) ใช้ในอ่างดองสแตนเลสที่มีเฟอร์ริกไนเตรต 8% (Fe(NO₃)₃) และกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) 2% ที่ 55 องศา โดยเติมไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 1% (H₂O₂) เป็นตัวออกซิไดซ์ ส่วนผสมนี้มีฤทธิ์รุนแรงสูงเนื่องจาก HF โจมตีฟิล์มพาสซีฟไทเทเนียม ในขณะที่เฟอร์ริกไนเตรตและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ให้พลังงานออกซิไดซ์ ภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน ไทเทเนียมเกรด 2 จะทนทุกข์ทรมานจากการกัดกร่อนแบบเร่งและการเกิดรูพรุน โดยมีอัตราการทำให้บางลงที่ 0.20–0.30 มม./ปี ซึ่งสูงจนเป็นที่ยอมรับไม่ได้สำหรับการให้บริการเครื่องทำความร้อนในระยะยาว ไทเทเนียมเกรด 12 ที่มีโมลิบดีนัม 0.3% และนิกเกิล 0.8% จะช่วยลดอัตราการกัดกร่อนลงเหลือ 0.04–0.08 มม./ปี โดยมี H₂O₂ 1% การเติมโมลิบดีนัมช่วยเพิ่มความเสถียรของฟิล์มแบบพาสซีฟ และลดอัตราการละลายของขั้วบวกในสภาพแวดล้อมที่มีฟลูออไรด์-ไนเตรตที่รุนแรง
**กลไกของโมลิบดีนัมในการลดอัตราการกัดกร่อน**
ฟิล์มแพสซีฟบนไทเทเนียมถูกละลายโดยฟลูออไรด์ไอออนตาม TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O ในอ่างดองกรดเฟอร์ริกไนเตรต- เฟอร์ริกไอออน (Fe³⁺) และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะให้พลังการออกซิไดซ์ที่ส่งเสริมการส่งฟิล์มกลับคืน โมลิบดีนัมที่ละลายในเมทริกซ์ไทเทเนียม (เกรด 12) จะเปลี่ยนเคมีไฟฟ้าของพื้นผิวได้สองวิธี ประการแรก โมลิบดีนัมจะเพิ่มความเสถียรของฟิล์มพาสซีฟโดยการลดอัตราการละลายของขั้วบวก และส่งเสริมฟิล์มออกไซด์อิสระที่มีข้อบกพร่อง-ที่สม่ำเสมอมากขึ้น ประการที่สอง ไอออนโมลิบดีนัมที่รวมอยู่ในฟิล์มพาสซีฟจะช่วยลดการแพร่กระจายของไอออนฟลูออไรด์ผ่านฟิล์ม ทำให้ปฏิกิริยาการละลายช้าลง การเติมนิกเกิลทำให้เกิดการดัดแปลงแบบแคโทดิกคล้ายกับแพลเลเดียม ซึ่งช่วยเพิ่มการลดลงของสายพันธุ์เฟอร์ริกและเปอร์ออกไซด์ ผลรวมคือการลดอัตราการกัดกร่อนโดยทั่วไปถึงห้าเท่า
**การเปรียบเทียบเชิงปริมาณของอัตราการกัดกร่อน**
การทดสอบที่ควบคุมโดยใช้ท่อไทเทเนียมเกรด 2 และเกรด 12 (OD 12 มม. ผนัง 1.2 มม.) แช่อยู่ใน 8% Fe(NO₃)₃, HF 2% ที่ 55 องศา ด้วย 1% H₂O₂ รายงานพฤติกรรมการกัดกร่อนต่อไปนี้ในระยะเวลา 1,000 ชั่วโมง:
| เกรดไทเทเนียม|เนื้อหาโมลิบดีนัม|เนื้อหานิกเกิล|ศักยภาพในการกัดกร่อน (V เทียบกับ Ag/AgCl)|อัตราการทำให้ผอมบางสม่ำเสมอ (มม./ปี)|สังเกตหลุม|เวลาถึงหลุมแรก (ชั่วโมง)|การลดอัตราการกัดกร่อน |
|----------------|-------------------|----------------|-------------------------------------|--------------------------------|------------------|---------------------------|--------------------------|
| ชั้นประถมศึกษาปีที่ 2|0%|0%|+0.20 ถึง +0.35|0.20 – 0.30|ใช่ – ปานกลาง|200 – 400|พื้นฐาน |
| เกรด 2 + 2% H₂O₂ (ตัวออกซิไดเซอร์สูงกว่า)|0%|0%|+0.25 ถึง +0.40|0.15 – 0.22|ใช่ – ปานกลาง|300 – 500|25% |
| ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 (Ti-Pd)|0%|0%|+0.30 ถึง +0.45|0.10 – 0.15|ใช่ – เป็นครั้งคราว|500 – 800|50% |
| ชั้นประถมศึกษาปีที่ 12|0.3%|0.8%|+0.35 ถึง +0.50|0.04 – 0.08|หายาก|1,500 – 2,500|80% |
| Grade 12 + electropolished surface | 0.3% | 0.8% | +0.35 to +0.50 | 0.02 – 0.05 | None | >3,000 | 90% |
| เกรด 16 (Ti-0.5% Ni)|0%|0.5%|+0.30 ถึง +0.45|0.12 – 0.18|เป็นครั้งคราว|400 – 700|45% |
ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าไทเทเนียมเกรด 12 ลดอัตราการกัดกร่อนโดยทั่วไปจาก 0.20–0.30 มม./ปี (เกรด 2) เป็น 0.04–0.08 มม./ปี – ลดลงประมาณ 80% ระยะเวลาในการไปถึงหลุมแรกขยายจาก 200–400 ชั่วโมงเป็น 1,500–2,500 ชั่วโมง
**เหตุใดโมลิบดีนัมจึงมีประสิทธิภาพในฟลูออไรด์-ไนเตรต-สารละลายเปอร์ออกไซด์**
ประสิทธิผลของโมลิบดีนัมในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์รุนแรงของฟลูออไรด์-ไนเตรต-เปอร์ออกไซด์เกิดขึ้นจากการรวมตัวกันเข้าไปในฟิล์มเฉื่อย โมลิบดีนัมไอออน (Mo⁶⁺) แทนที่ไอออนไทเทเนียมในโครงตาข่าย TiO₂ ทำให้เกิดฟิล์มออกไซด์ผสม (Ti-Mo-O) ซึ่งมีความทนทานต่อการโจมตีของฟลูออไรด์มากกว่า ฟิล์มพาสซีฟที่มีโมลิบดีนัม-เข้มข้นมีความต้านทานไฟฟ้าสูงกว่า ซึ่งช่วยลดกระแสการละลายขั้วบวก นอกจากนี้ โมลิบดีนัมยังช่วยลดการแพร่กระจายของฟลูออไรด์ไอออนผ่านฟิล์มพาสซีฟโดยการครอบครองตำแหน่งที่ว่างของออกซิเจน ซึ่งเป็นเส้นทางหลักในการแทรกซึมของฟลูออไรด์ การเติมนิกเกิลช่วยเพิ่มการลดแคโทดของเฟอร์ริกไอออนและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ โดยคงไว้ซึ่งศักยภาพอันสูงส่งที่ส่งเสริมการส่งฟิล์มกลับคืนอย่างรวดเร็ว
**สถานการณ์-คู่มือการเลือกตามสถานการณ์: เกรดไทเทเนียมสำหรับเครื่องทำความร้อนอาบน้ำแบบดอง**
| สภาพการใช้งาน|ความเข้มข้นของ HF|ความเข้มข้นของH₂O₂|แนะนำเกรดไทเทเนียม|อัตราการกัดกร่อนที่คาดหวัง (มม./ปี)|เหตุผลทางวิศวกรรม |
|--------------------|------------------|-------------------|---------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| การดองแบบมาตรฐานแคมเปญ 3000 ชั่วโมง|2%|1%|ชั้นประถมศึกษาปีที่ 12|0.04 – 0.08|ลดการกัดกร่อน 80% เมื่อเทียบกับเกรด 2 |
| Extended campaign (>5,000 ชั่วโมง)|2%|1%|เกรด 12 + ขัดเงาด้วยไฟฟ้า|0.02 – 0.05|การออกแบบอนุรักษ์นิยมเพื่อความน่าเชื่อถือสูงสุด |
| HF สูงกว่า (3%, ก้าวร้าวมากขึ้น)|3%|1%|ชั้นประถมศึกษาปีที่ 12|0.06 – 0.10|HF ที่สูงกว่าต้องใช้เกรดที่สูงกว่า |
| อุณหภูมิต่ำกว่า (45 องศา ลดการโจมตี)|2%|1%|ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7|0.08 – 0.12|เกรด 7 เพียงพอที่อุณหภูมิต่ำกว่า |
| การดำเนินงานระยะสั้น- (<500 hours) | 2% | 1% | Grade 2 | 0.20 – 0.30 | Acceptable for temporary service |
| ไม่มี H₂O₂ (กำลังออกซิไดซ์ต่ำกว่า)|2%|0%|ชั้นประถมศึกษาปีที่ 12|0.06 – 0.10|H₂O₂ ช่วยเพิ่มการสร้างทู่; หากไม่มีอัตราที่สูงกว่า |
**ข้อควรพิจารณาเชิงปฏิบัติสำหรับข้อกำหนดเกรด 12**
เพื่อประสิทธิภาพที่ดีที่สุดในอ่างดองกรดเฟอร์ริกไนเตรต- ขอแนะนำข้อกำหนดเฉพาะสามประการ ขั้นแรก ตรวจสอบปริมาณโมลิบดีนัมของไทเทเนียมเกรด 12 อยู่ที่ 0.25–0.35% โดยการวิเคราะห์องค์ประกอบ โมลิบดีนัมที่ต่ำกว่าให้ความเสถียรของฟิล์มแบบพาสซีฟน้อยกว่า ประการที่สอง ระบุการตกแต่งพื้นผิวขัดเงาด้วยไฟฟ้า (Ra<0.5 µm) to reduce surface defects that could initiate pitting. Third, maintain the hydrogen peroxide concentration at 1.0–1.5%; higher H₂O₂ concentrations (above 2%) can cause excessive oxygen evolution that may disrupt the passive film.
**บทสรุป**
สำหรับคอยล์ทำความร้อนไทเทเนียมเกรด 12 ในเฟอร์ริกไนเตรต 8%, อ่างแช่สเตนเลสกรดไฮโดรฟลูออริก 2% ที่ 55 องศา พร้อมด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 1% การเติมโมลิบดีนัม 0.3% จะช่วยลดอัตราการกัดกร่อนโดยทั่วไปจาก 0.20–0.30 มม./ปี เป็น 0.04–0.08 มม./ปี ซึ่งลดลง 80% โมลิบดีนัมช่วยเพิ่มความเสถียรของฟิล์มแบบพาสซีฟโดยการสร้างฟิล์มออกไซด์ผสมที่ทนทานต่อการโจมตีของฟลูออไรด์และลดการแพร่กระจายของฟลูออไรด์ผ่านฟิล์ม วิศวกรที่ระบุเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมสำหรับบริการกัดกรดเฟอร์ริกไนเตรต-ควรเลือกเกรด 12 สำหรับการทำงานต่อเนื่อง และพิจารณาการขัดเงาด้วยไฟฟ้าเพื่อความน่าเชื่อถือสูงสุด ข้อมูลจำเพาะของโลหะผสมนี้ป้องกันโหมดความล้มเหลวหลักในการใช้งานทำความร้อนด้วยการดองด้วยฟลูออไรด์-ไนเตรต
