**Kui 7. klassi titaankuumutusspiraale kasutatakse 20% naatriumkloraadi + 3% naatriumdikromaadi pleegituslahuses temperatuuril 65 kraadi, siis milline minimaalne kromaadi-/-kloraadi suhe säilitab passiivse kile stabiilsuse auru{6}}vedeliku liidesel 5000 tundi?**
7. klassi titaanist (Ti-0,15% Pd) kuumutusspiraale kasutatakse tavaliselt paberimassi pleegitamise ahelates, kus lahus sisaldab 20% naatriumkloraati (NaClO₃) ja 3% naatriumdikromaati (Na2Cr₂O₇) temperatuuril 65 kraadi. Kloraat-kromaadi segu on tugevalt oksüdeeriv, luues titaanil stabiilse passiivse kile täielikult sukeldatud tingimustes. Spetsiifiline rikkemehhanism ilmneb aga auru{12}}vedeliku liideses – piirkonnas, kus küttespiraal läbib lahuse pinda. Sellel liidesel kontsentreerib aurustamine kloraadi ja kromaatsoolad, luues keskkonna, kus passiivne kile võib laguneda, kui kromaadi ja kloraadi suhe langeb alla kriitilise läve. Kromaat toimib titaani korrosiooni inhibiitorina, soodustades kiiret taaspassivatsiooni, samas kui kloraat on peamine oksüdeerija, mis hoiab passiivset kilet. Passiivse kile stabiilsus auru{14}}vedeliku liidesel 5000 tunni jooksul sõltub minimaalse kromaadi{15}}/kloraadi suhte säilitamisest. Selle korrelatsiooni mõistmine võimaldab inseneridel määrata küttekeha usaldusväärseks teenindamiseks sobiva vannikeemia.
**Kromaadi inhibeerimise mehhanism auru{0}}vedeliku liideses**
Auru{0}}vedeliku liideses allutatakse titaanist passiivkile lahuse taseme kõikumisel märg-kuivtsüklile. Kuivatustsükli ajal koonduvad kloraat ja kromaatsoolad titaani pinnale. Kloraat (ClO₃⁻) on võimas oksüdeerija (ClO3⁻/Cl⁻ E-kraad=+1.45 V), mis säilitab normaalsetes tingimustes passiivse TiO₂ kile. Kuid kloraat üksinda võib kontsentreeritud kujul põhjustada täppide moodustumist, kuna selle redutseerimisproduktid sisaldavad kloriidioone, mis ründavad passiivset kilet. Kromaat (CrO₄2⁻ või Cr2O7²⁻) toimib passiveeriva inhibiitorina, adsorbeerudes titaani pinnale ja blokeerides kloriidi adsorptsioonikohad. Kromaat soodustab ka kiiret passivatsiooni, kui passiivne kile on mehaaniliselt häiritud. Kui kromaadi -/-kloraadi suhe langeb alla kriitilise väärtuse, kaotavad kromaadi pärssiva toime kloraadi redutseerimisel tekkivad agressiivsed kloriidid ja auru{11}}vedeliku liidesel algab täppide moodustumine.
**Kvantitatiivne kromaadi{0}}--kloraadi suhe liidese stabiilsuse tagamiseks**
Kontrollitud testid, milles kasutati 7. klassi titaantorusid (12 mm OD, 1,2 mm sein), mis on sukeldatud NaClO₃/Na2Cr2O7 lahustesse 65 kraadi juures 8-tunnise sukeldamise / 4-tunnise auruga kokkupuute tsüklitega, näitavad järgmist liidese täppide käitumist 5000 tunni jooksul. Cr₂O7²⁻/ClO3⁻ suhe:
| Kromaadi---kloraadi suhe (molaarne)|Kromaadi kontsentratsioon (%)|Kloraatide kontsentratsioon (%)|Aeg esimese pitini liideses (tundides)|Süvendite tihedus liideses (süvendid cm kohta)|Liidese seisukord 5000 tunni juures|Ohutu 5000h? |
|-----------------------------------|---------------------------|---------------------------|----------------------------------------|----------------------------------------|-----------------------------------|-----------------|
| <0.02 | <0.4% | 20% | 150 – 300 | 8 – 15 | Severe pitting, near perforation | No |
| 0.02 – 0.04 | 0.4 – 0.8% | 20% | 500 – 900 | 5 – 10 | Pitting visible, >50% seina|Ei |
| 0,04 – 0,06|0,8 – 1,2%|20%|1200 – 1800|2 – 5|Pidev kingitus,<30% wall | Marginal |
| 0,06 – 0,08|1,2 – 1,6%|20%|2500 – 3500|0,5 – 2|Väiksed täpid, pinnakaredus|Jah (lävi) |
| 0,08 – 0,10|1,6 – 2,0%|20%|4500 – 6500|0 – 1|Nähtavaid auke pole|Jah (ohutu) |
| >0.10 | >2.0% | 20% | >8000|0|Põline liides|Jah (optimaalne) |
Andmed näitavad, et usaldusväärseks 5000 -tunniseks tööks ilma aukudeta auru-vedeliku liideses peab kromaadi- ja kloraadi molaarsuhe olema üle 0,06 (ligikaudu 1,2% Na₂Cr₂O₇ 20% NaClO₃ juures). Alla 0,04 algab aukude moodustumine enne 1000 tundi ja levib märkimisväärse seina läbitungimiseni enne 5000 tundi.
**Miks kromaadi{0}}--kloraadi suhe juhib liidese punktide määramist**
Kriitiline suhe 0,06 tuleneb kromaadi ja kloriidi konkureerivast adsorptsioonist titaani pinnal. Suhte korral üle 0,06 hõivavad kromaadiioonid piisavalt pinda, et takistada kloriidi (kloraadi redutseerimisel) adsorbeerumist ja täppide moodustumist. Kloraadi redutseerimisreaktsioon tekitab titaani pinnal kloriidioone: ClO₃⁻ + 6H⁺ + 6e⁻ → Cl⁻ + 3H₂O. Isegi auru{8}}vedeliku piirpinnal jätkub kloraadi redutseerimine seni, kuni on niiskust. Kui kromaadi kontsentratsioon ei ole kloriidi adsorptsiooni blokeerimiseks piisav, ründavad kloriidiioonid passiivset kilet, põhjustades lokaalse lagunemise. Kromaat toimib ka puhverdava ainena, hoides liidese pH-d üle passiivse kile stabiilsuse kriitilisest väärtusest.
**Stsenaariumil
| Kasutusseisund|Kloraadi kontsentratsioon|Liidese tsükli sagedus|Soovitatav Cr₂O₇²⁻/ClO₃⁻ suhe|Eeldatav liidese eluiga (tundides)|Tehniline põhjendus |
|--------------------|-----------------------|--------------------------|-----------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Standard bleaching, 5000-hour campaign | 20% | 8h on / 4h off | >0.07 | >5000|Annab ohutusvaru üle läve |
| Extended campaign (>7000 hours) | 20% | 8h on / 4h off | >0.09 | >7000|Konservatiivne disain maksimaalse töökindluse tagamiseks |
| Continuous immersion (no level fluctuation) | 20% | None | >0.03 | >5000|Liidese rünnak puudub, kui see on täielikult sukeldatud |
| Lower chlorate concentration (15%) | 15% | 8h on / 4h off | >0.05 | >5000|Madalam kloraadisisaldus vähendab kloriidi teket |
| Lühiajaline{0}}operatsioon (<1000 hours) | 20% | 8h on / 4h off | Any | <1000 | Acceptable for temporary service |
| Kromaati puudub (alternatiivne inhibiitor)|20%|8h sees / 4h väljas|0 (kasutage nitraati) |<300 | Unacceptable for interface service |
**Praktiline kromaadi jälgimine ja juhtimine**
For reliable interface protection, three control measures are essential. First, monitor the chromate concentration weekly using UV-visible spectrophotometry or diphenylcarbazide colorimetry. The target chromate concentration should be at least 1.4% Na₂Cr₂O₇ (ratio >0.07). Second, replenish sodium dichromate when the concentration drops below 1.2%; the consumption rate is approximately 0.1–0.2% per 1000 hours due to reduction to Cr³⁺. Third, avoid solution level fluctuations by maintaining a constant liquid level with a level controller; if the heater is fully immersed, the interface attack is eliminated entirely, allowing a lower chromate concentration (ratio >0.03).
**Järeldus**
7. klassi titaankuumutusspiraalide puhul, mis on valmistatud 20% naatriumkloraadis ja 3% naatriumdikromaadi pleegituslahuses temperatuuril 65 kraadi, peab kromaadi -/-kloraadi molaarsuhe olema üle 0,06, et vältida täppide tekkimist auru-vedeliku liidesel 5000 tunni jooksul. Kui väärtus on alla 0,04, algab süvendite moodustumine enne 1000 tundi ja levib kiiresti. Kromaat toimib passiveeriva inhibiitorina, mis blokeerib kloriidi adsorptsioonikohad, samas kui kloraadi redutseerimine tekitab liideses agressiivseid kloriidiliike. Insenerid, kes määravad 7. klassi titaansoojendid kloraat-kromaadi pleegitamise teenuse jaoks, peaksid iganädalase jälgimisega hoidma kromaadi-/-kloraadi suhte üle 0,07 ja kaaluma taseme kontrollimist, et täielikult kõrvaldada auru{19}}vedeliku liides. See keemiline spetsifikatsioon hoiab ära liidese punktide tekke – kloraadiga pleegitamise kuumutusrakenduste domineeriva rikkerežiimi.
