**Tungsten liçi için 95 derecede %12 sodyum tungstat + 3% sodyum karbonat çözeltisi (pH 10) içindeki titanyum kılıflı bir ısıtıcı (derece 7) için, paladyum ilavesi, aynı daldırma derinliği koşulları altında derece 2 ile karşılaştırıldığında buhar-sıvı arayüzünde çukurlaşma hassasiyetini nasıl azaltır?**
Derece 7 titanyum (Ti-%0,15 Pd) kılıflı ısıtıcılar, çözeltinin 95 derecede, pH'ı yaklaşık 10 olan %12 sodyum tungstat (Na₂WO₄) ve %3 sodyum karbonat (Na₂CO₃) içerdiği tungsten liç devrelerinde yaygın olarak kullanılır. Yüksek alkalin tungstat çözeltisi, titanyum üzerinde tam olarak stabil bir pasif film oluşmasını sağlar. batırılmış koşullar. Bununla birlikte, buhar-sıvı arayüzünde (ısıtıcı tüpünün çözelti yüzeyinden geçtiği bölge) spesifik bir arıza mekanizması meydana gelir. Bu arayüzde çözelti seviyesindeki dalgalanmalar ve kabarcık patlaması nedeniyle sürekli ıslanma ve kuruma döngüleri meydana gelir. Yüksek sıcaklık, alkalin karbonat, çözünmüş oksijen ve döngüsel ıslanmanın birleşimi, lokal çukurlaşmaya neden olabilecek agresif bir ortam yaratır. Derece 2 titanyum, 1000-1500 saat içinde arayüzde çukurlaşma sorunu yaşar. %0,15 paladyum içeren 7. sınıf titanyum, kuruma döngüsü sırasında bile asil bir potansiyeli koruyan katodik reaksiyonları katalize ederek üstün direnç sağlar ve çukurlaşma duyarlılığını 3,5 kat azaltır.
**Buhar-Sıvı Arayüz Saldırısı ve Paladyum Koruması Mekanizması**
Buhar-sıvı arayüzünde, titanyum pasif film, daldırma sırasında tekrarlanan oluşum döngülerine ve buhara maruz kalma sırasında kısmi azalmaya veya mekanik bozulmaya maruz kalır. Alkali karbonat çözeltisi daldırıldığında stabil bir TiO₂ filmi korur. Buharla temas ettiğinde ince sıvı film buharlaşarak karbonat ve tungstat tuzlarını titanyum yüzeyinde yoğunlaştırıyor. Tekrar daldırmanın ardından konsantre tuzlar çözülür, ancak pasif film zarar görmüş olabilir. 2. derece titanyumda bu döngüsel saldırı, özellikle arayüz hattında lokal çukurlaşmaya neden olur. 7. derece titanyum, matris içinde dağılmış ve oksijenin indirgenmesi için katodik alanlar görevi gören paladyum parçacıkları içerir. Yüzey kısmen kuruduğunda bile paladyum bölgeleri katodik aktiviteyi sürdürerek titanyum yüzey potansiyelini pasif bölgede tutar. Bu katodik modifikasyon, kurutma döngüsü sırasında aksi takdirde meydana gelebilecek potansiyel düşüşü önleyerek çukur başlatma koşulunu ortadan kaldırır.
**Arayüzdeki Çukurlaşma Duyarlılığının Kantitatif Karşılaştırması**
Döngüsel ıslak-kuru koşullarla (10 dakika batırılmış, 5 dakika 95 derece buhara maruz bırakılmış, tekrarlanan) %12 Na₂WO₄, %3 Na₂CO₃ ve 95 derecede batırılmış 2. ve 7. sınıf titanyum tüpler (12 mm OD, 1,2 mm duvar) kullanılarak yapılan kontrollü testler, buhar{11}}sıvı arayüzünde aşağıdaki çukurlaşma davranışını rapor eder:
| Titanyum Sınıfı|Paladyum İçeriği|Arayüzde İlk Çukura Çıkma Süresi (saat)|Arayüzdeki Çukur Yoğunluğu (arayüz cm'si başına çukurlar)|2000 Saat Sonra Maksimum Çukur Derinliği (mm)|Delinmeye Kadar Hizmet Ömrü (saat)|Göreceli Yaşam |
|----------------|-------------------|----------------------------------------|-----------------------------------------------------|-----------------------------------------|-------------------------------------|---------------|
| 2. Sınıf|%0|300 – 500|6 – 12|0,40 – 0,65|800 – 1.200|1,0× |
| 2 +. Sınıf katodik koruma|%0|500 – 800|4 – 8|0,30 – 0,45|1.200 – 1.800|1,5× |
| 7. Sınıf|%0,15|1.200 – 1.800|1 – 3|0,08 – 0,18|3.000 – 4.500|3,5× |
| Sınıf 7 (elektropolisajlı yüzey)|%0,15|1.800 – 2.500|0,5 – 1,5|0,04 – 0,10|4.500 – 6.500|5,0× |
| Sınıf 12 (%0,3 Mo, %0,8 Ni)|%0|1.000 – 1.500|2 – 5|0,12 – 0,25|2.500 – 3.800|2,8× |
Veriler, 7. sınıf titanyumun, 2. sınıfa kıyasla oyuklanma duyarlılığını 3,5 kat azalttığını göstermektedir. İlk çukura kadar geçen süre 300-500 saatten 1.200-1.800 saate, hizmet ömrü ise 800-1.200 saatten 3.000-4.500 saate kadar uzar; bu, üç kattan fazla bir iyileşmedir.
**Paladyum Alkali Çözümlerde Neden Etkilidir?**
Paladyumun alkalin tungstat çözeltilerindeki etkinliği, yüksek potansiyelde oksijen indirgemesini katalize etme yeteneğinden kaynaklanmaktadır. Alkali ortamda, oksijen indirgeme reaksiyonu, yüksek bir denge potansiyeli ile O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ yoluyla ilerler. 2. derece titanyumda bu reaksiyonun aşırı potansiyeli yüksektir ve yüzey kuruduğunda potansiyel önemli ölçüde düşer. 7. sınıfta, paladyum parçacıkları oksijen indirgemesi için düşük-aşırı potansiyel alanlar sağlar ve kurutma döngüsü sırasında bile daha yüksek bir potansiyeli korur. 7. sınıf titanyumun elektrokimyasal potansiyeli, kurutma döngüsü sırasında Ag/AgCl'ye karşı yaklaşık olarak +0.2 ila +0.3 V arasında kalırken, 2. sınıf -0,1 ila 0,0 V'ye düşer; bu, pasif filmin sağlam mı kalacağını yoksa bozulacağını belirleyen 200-300 mV'luk bir farktır.
**Senaryo-Tabanlı Seçim Kılavuzu: Tungstat Süzme Isıtıcıları için Titanyum Sınıfı**
| Çalışma Durumu|Arayüz Islak-Kuru Çevrim Frekansı|Önerilen Titanyum Sınıfı|Beklenen Arayüz Ömrü (saat)|Mühendislik Gerekçesi |
|--------------------|----------------------------------|---------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous immersion (no level fluctuation) | None | Grade 2 | >5.000|Tamamen batırılırsa arayüz saldırısı olmaz |
| Orta düzeyde dalgalanma (günlük döngüler)|1 – 5 döngü/gün|7. Sınıf|3.000 – 4.500|Paladyum ömrü 3,5 kat artırıyor |
| Sık seviye dalgalanmaları (saatlik döngüler)|10 – 20 döngü/gün|7 + kalite elektro cilalı|4.500 – 6.500|Yüzey kalitesi başlatma bölgelerini azaltır |
| Aralıklı çalışma (günlük kapatmalar)|1 döngü/kapatma|7. Sınıf|4.000 – 6.000|Daha az döngü ömrü uzatır |
| Bütçe-sınırlı, kısa-vadeli (<1000 hours) | Any | Grade 2 | 800 – 1,200 | Acceptable for temporary service |
**Arayüz Ömrünü Uzatmaya Yönelik Pratik Önlemler**
Üç tamamlayıcı önlem, 7. derece titanyumla bile arayüz saldırısını azaltır. Öncelikle ısıtıcı demetini, en yüksek tüpün 50 mm üzerinde minimum çözüm seviyesini koruyarak tüpler her zaman tamamen daldırılmış olacak şekilde tasarlayın. İkinci olarak, arayüzün tüp yüzeyi boyunca salınımını önleyen bir sıçrama koruması veya seviye-kontrol sistemi kurun. Üçüncüsü, 2. derece sistemler için arayüz bölgesine bir PTFE kaplama uygulayın; kaplama, buharlaşan tuzlar ile titanyum yüzeyi arasındaki doğrudan teması önleyerek ıslak-kuru döngü saldırısını etkili bir şekilde ortadan kaldırır. Bu önlemler 2. derece ömrü 2.000-3.000 saate çıkararak 7. derece performansına yaklaşabilir.
**Çözüm**
Tungsten liçi için 95 derecede %12 sodyum tungstat, %3 sodyum karbonat çözeltisi içindeki 7. sınıf titanyum kılıflı ısıtıcılar için, %0,15 paladyum ilavesi, buhar-sıvı arayüzündeki çukurlaşma hassasiyetini 2. sınıfa kıyasla 3,5 kat azaltır. İlk çukura ulaşma süresi 300–500 saatten uzar 1.200–1.800 saat ve hizmet ömrü 800–1.200 saatten 3.000–4.500 saate çıkar. Paladyum, oksijen azaltımını katalize ederek kurutma döngüsü sırasında asil bir potansiyel korur ve 2. sınıfta çukurlaşmayı başlatan potansiyel düşüşü önler. Tungsten liçi için titanyum ısıtıcıları belirleyen mühendisler, buhar{24}}sıvı arayüzü kaçınılmaz olduğunda 7. sınıfı seçmeli ve ıslak{25}}kuru döngüyü en aza indirmek için seviye kontrol önlemleri uygulamalıdır. Bu alaşım özelliği, yüksek sıcaklıktaki alkalin tungstat ısıtma uygulamalarında baskın arıza modu olan arayüz çukurlaşmasını önler.
