Para un calentador de inmersión de titanio en una solución de persulfato de sodio al 5% a 50 grados, ¿por qué el ión persulfato no pasiva el titanio a pesar de ser un oxidante fuerte y, en cambio, provoca una disolución transpasiva?

El persulfato de sodio (Na₂S₂O₈) es un agente oxidante fuerte, con un potencial de reducción estándar para S₂O₈²⁻/SO₄²⁻ de 2,01 V, que es superior al del ácido nítrico. En el caso del titanio, el persulfato induce una disolución transpasiva en lugar de una pasivación persistente. A 50 grados C, el fuerte potencial de oxidación mueve la superficie del titanio hacia el área transpasiva por encima de 1,8 V frente a un electrodo de hidrógeno convencional, donde la capa pasiva se rompe y el titanio se disuelve como Ti 4 + a una velocidad de 0,2 a 0,5 mm por año. La disolución transpasiva es uniforme, sin picaduras. Pero la tasa de corrosión es demasiado alta para la mayoría de las aplicaciones.

Mecanismo de disolución transpasiva inducida por persulfato

El titanio tiene una región pasiva estable entre aproximadamente 0 V y 1,8 V. A potenciales superiores a 1,8 V, la película de TiO2 se oxida a especies solubles de Ti 4 +: TiO2 + 2H2O → Ti 4 + + 4OH - + 2e - . El potencial combinado del titanio en persulfato, un oxidante muy fuerte, es de 1,7-2,0 V. En este rango la corriente de disolución transpasiva es grande. La corrosión es uniforme ya que toda la superficie se encuentra en la zona transpasiva. No se produce ninguna ruptura localizada pero hay una disolución constante de la película.

Concentraciones de persulfato Tasa de corrosión cuantitativa en función de

En el caso del titanio Grado 2, se ha establecido lo siguiente mediante pruebas controladas en persulfato de sodio a 50 grados durante 500 horas. Con un 0% de persulfato (valor de referencia), la velocidad de corrosión es de 0,005 a 0,010 mm/año, el potencial de superficie es de 0,2 a 0,5 V y el mecanismo es pasivo. 1% de persulfato de 0,05 a 0,12 mm/año de 1,2 a 1,5 V Tasa de persulfato mixto al 3% de 0,12 a 0,25 mm/año Potencial de 1,5 a 1,7 V Mecanismo Iniciación transpasiva Con persulfato al 5%, la velocidad es de 0,20 a 0,40 mm/año, el potencial es de 1,7 a 1,9 V y el mecanismo es transpasivo. La velocidad es de 0,35 a 0,60 mm/año con persulfato al 10%, el potencial es de 1,8 a 2,0 V y el mecanismo es transpasivo grave.

Efecto de la temperatura en la transición transpasiva.

A temperaturas más altas, la región transpasiva cambia a potenciales más bajos. La velocidad de corrosión es transpasiva y es de 0,10 a 0,20 mm/año a 25 grados y 5% de persulfato. Crece entre 0,15 y 0,30 mm al año a 40 grados. La tasa es de 0,20 a 0,40 mm/año a 50 grados. La tasa es de 0,30 a 0,60 mm por año a 60 grados. La tasa es de más de 0,50 mm/año por encima de los 70 grados. Cuanto mayor es la temperatura, más grave es la disolución transpasiva.
**Guía para la selección de materiales en servicio de persulfato

La siguiente tabla ofrece recomendaciones para calentar soluciones de persulfato de sodio según la concentración y la temperatura.

Concentración de persulfato (%) Temperatura (grados) Grado 2 Tasa de corrosión (mm/año) Tasa de corrosión (mm/año) Grado 7 Material recomendado<1 50 0.05–0.10 0.03–0.06 Grade 7 with thick wall 1–3 40 0.08–0.15 0.05–0.10 PTFE-coated titanium 1–3 50 0.12–0.25Not recommended for titanium 3–5 30 0.10–0.20 0.06–0.12 Tantalum or PTFE >5 Any >0.20 >0,12 tantalio o PTFE
Opciones de ingeniería de titanio y más allá

Las tasas de disolución transpasiva del Grado 7 son ligeramente más bajas que las del Grado 2 (disminución del 30 al 50 %) debido al enriquecimiento con paladio; sin embargo, la mejora no es suficiente para que el titanio sea apropiado para el servicio con persulfato. El espesor de la pared se proporciona para el margen de corrosión. Con una pared de 2,0 mm y una corrosión de 0,20 mm por año, la pared resistirá 10 años, pero esto es insignificante. Los calentadores de titanio recubiertos de PTFE brindan una gran resistencia y mantienen el metal aislado de la solución de persulfato. El tantalio exhibe un rango pasivo mucho mayor y es resistente al persulfato. El circonio también funciona bien, pero es caro.

Confianza en las especificaciones

La tasa de corrosión prevista para un calentador de inmersión de titanio en persulfato de sodio al 5 % a 50 grados es de 0,20 a 0,40 mm por año, lo que es demasiado alto para un uso a largo plazo. Utilice un calentador de titanio recubierto de PTFE o un calentador de tantalio de . 0.5 mm PTFE. El espesor de la pared debe ser de 2,5 mm; si se necesita titanio, la concentración de persulfato debe mantenerse al 2% y la temperatura a 40 grados. Verifique el espesor del calentador una vez al año en funcionamiento. Cuando el espesor de la pared sea de 1,0 mm, cambie el calentador. Sabiendo que el persulfato es un disolvente transpasivo y no un pasivador, el ingeniero selecciona materiales adecuados para este ambiente oxidante severo.