El dicromato de sodio (Na₂Cr₂O₇) al 10% de concentración y 70 grados es una solución fuertemente oxidante. El cromo hexavalente (Cr⁶⁺) es un potente oxidante con un potencial de reducción estándar de +1.33 V para Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺. En muchos metales, como el acero inoxidable, los iones cromato promueven la pasivación. Sin embargo, en titanio, el cromo hexavalente no produce una película pasiva estable. Los iones de cromo no se incorporan a la red de dióxido de titanio y el alto potencial de oxidación en realidad impulsa el titanio hacia la región transpasiva, provocando la disolución continua de la película pasiva. La velocidad de corrosión del titanio en dicromato de sodio al 10% a 70 grados es de 0,05 a 0,15 mm por año, que es mayor que en muchas soluciones de cloruro neutro.

El mecanismo del comportamiento del titanio en soluciones de cromo hexavalente

El titanio se basa en una película estable de TiO₂ para su pasivación. En soluciones de dicromato, la reacción de reducción Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O ocurre en la superficie de titanio. Esta reacción tiene una alta densidad de corriente de intercambio, lo que desplaza el potencial mixto del titanio a valores superiores a +1.0 V en comparación con un electrodo de hidrógeno estándar. En potenciales tan nobles, el titanio entra en la región transpasiva donde la película de TiO₂ se oxida aún más hasta formar especies de Ti⁴⁺ solubles. La película pasiva se disuelve continuamente en lugar de permanecer estable. Además, los iones de cromato no forman compuestos insolubles con el titanio que podrían actuar como una capa de barrera, a diferencia del hierro o el cromo, donde el cromato forma óxidos de espinela protectores.

Tasas de corrosión cuantitativa y análisis de superficies

Las pruebas controladas en Na₂Cr₂O₇ al 10% a 70 grados durante 1000 horas han establecido el siguiente comportamiento de corrosión para el titanio de Grado 2. La tasa de corrosión es de 0,05 a 0,15 mm por año, que es de 5 a 15 veces mayor que la tasa en agua dulce a la misma temperatura. La superficie muestra una decoloración amarilla-marrón debido al óxido o hidróxido de cromo depositado. El análisis de espectroscopia fotoelectrónica de rayos X indica que la película de la superficie contiene una mezcla de TiO₂ y Cr(OH)₃, pero la película es porosa y no-protectora. El potencial de circuito abierto-se estabiliza en +0.6 a +0.9 V frente a Ag/AgCl, que se encuentra en la región transpasiva. No se observan picaduras; en cambio, se produce un adelgazamiento uniforme. En comparación, el titanio de grado 2 en NaCl al 3 % a 70 grados tiene una velocidad de corrosión de 0,01 a 0,03 mm por año con un potencial pasivo de +0.1 a +0.3 V.

Influencia de la concentración y la temperatura en la gravedad de la corrosión

La velocidad de corrosión aumenta tanto con la concentración de dicromato como con la temperatura. Con un 5% de Na₂Cr₂O₇ y 70 grados, la velocidad de corrosión es de 0,03 a 0,08 mm por año. Al 10% y 70 grados, la tasa es de 0,05 a 0,15 mm por año. Al 15% y 70 grados, la tasa aumenta a 0,08-0,20 mm por año. Al 10% y 50 grados, la tasa cae a 0,02-0,05 mm por año. Al 10% y 90 grados, la tasa aumenta a 0,10-0,25 mm por año. Al 20% y 90 grados, la tasa alcanza entre 0,15 y 0,35 mm por año. La corrosión es uniforme, sin picaduras, ya que la disolución transpasiva se produce uniformemente en toda la superficie. La energía de activación para el proceso es de aproximadamente 40 kJ/mol, lo que indica un control mixto cinético y de difusión.

Comportamiento de corrosión de diferentes grados de titanio en soluciones de dicromato

La siguiente tabla compara las tasas de corrosión de varios grados de titanio en dicromato de sodio al 10 % a 70 grados durante 1000 horas, junto con las características de su película pasiva.

Guía de mitigación y selección de materiales para el servicio de dicromato

Para aplicaciones que requieren calentamiento de soluciones de dicromato de sodio, la siguiente tabla proporciona recomendaciones para la selección del calentador de titanio y los límites operativos.

Ingeniería más allá de la selección de grados

El espesor de la pared proporciona un margen de corrosión; una pared de 2,0 mm con una velocidad de corrosión de 0,10 mm por año dura 20 años. El acabado de la superficie del tubo tiene un efecto mínimo sobre la disolución transpasiva. La presencia de cloruros en la solución de dicromato, que puede producirse a partir de agua impura, aumenta la velocidad de corrosión entre 2 y 3 veces. La adición de iones sulfato tiene un ligero efecto inhibidor. La velocidad de corrosión se puede reducir entre un 30% y un 50% desaireando la solución para eliminar el oxígeno, lo que ralentiza la reacción catódica.

Hacer una especificación informada

Para un calentador de inmersión eléctrico de titanio en dicromato de sodio al 10% a 70 grados, espere una tasa de corrosión de 0,05 a 0,15 mm por año para el Grado 2 o de 0,04 a 0,12 mm por año para el Grado 7. Especifique un espesor de pared mínimo de 2,0 mm para proporcionar una vida útil de 10 a 20 años. Para concentraciones o temperaturas más altas, considere reducir la temperatura de funcionamiento o diluir la solución de dicromato. Durante el funcionamiento, controle el calentador para detectar cambios en la resistencia eléctrica, que pueden indicar adelgazamiento. Si la solución se contamina con cloruros, reduzca la temperatura a 50 grados. Al comprender que el cromo hexavalente no pasiva el titanio sino que provoca una disolución transpasiva, el ingeniero selecciona el espesor y el grado de pared apropiados para una vida útil predecible en soluciones de dicromato de sodio.