**Alüminyum aşındırma için %40 potasyum hidroksit + 5% sodyum glukonat çözeltisinde 95 dereceyi korumak için kullanılan bir titanyum daldırma ısıtıcı için, periyodik katodik koruma (her 24 saatte 10 dakika uygulanır) nasıl genel korozyon oranını 2. sınıf titanyumda 0,15 mm/yıl'dan 0,02 mm/yıl'ın altına düşürür?**
Grade 2 titanyum daldırma ısıtıcıları, 95 derecede %40 potasyum hidroksit (KOH) ve %5 sodyum glukonat içeren alüminyum aşındırma çözeltilerinde yaygın olarak kullanılır. Yüksek alkali çözelti çoğu metale karşı agresif bir şekilde aşındırıcıdır ancak titanyum, ince, koruyucu bir TiO₂ tabakasının oluşması nedeniyle bu koşullar altında stabil bir pasif film oluşturur. Bununla birlikte, alüminyum iyonları için kenetleme maddesi görevi gören sodyum glukonatın varlığında pasif film, titanyum iyonlarının kompleksleşmesi nedeniyle kademeli olarak incelmeye maruz kalabilir. Bu çözümdeki 2. derece titanyumun genel korozyon hızı, açık devre koşulları altında yaklaşık 0,15 mm/yıl'dır; bu, 1,0 mm duvarlı bir tüp için ısıtıcı ömrünü 5-6 yılla sınırlamak için yeterlidir. Periyodik katodik korumanın (her 24 saatte bir 10 dakika süreyle ısıtıcıya katodik akım uygulanması) korozyon oranını 0,02 mm/yılın altına düşürerek hizmet ömrünü 40+ yıla uzattığı gösterilmiştir. Bu teknik, titanyum potansiyelini anodik çözünmenin bastırıldığı katodik koruma bölgesine kaydırarak çalışır.
**Alkali Çözeltilerde Katodik Koruma Mekanizması**
Alkali çözeltilerde titanyum üzerindeki pasif film stabildir ancak çözünebilir titanat türlerinin oluşması nedeniyle yavaş çözünmeye uğrar. 95 derecede %40 KOH + 5% sodyum glukonat içindeki 2. derece titanyumun korozyon potansiyeli, Ag/AgCl'ye karşı yaklaşık -0,3 ila -0,1 V'dir. Bu potansiyelde anodik çözünme akımı yaklaşık 10–20 µA/cm²'dir ve bu da 0,12–0,18 mm/yıl korozyon hızına karşılık gelir. Katodik koruma, titanyum potansiyelini daha negatif değerlere (tipik olarak Ag/AgCl'ye karşı -0,8 ila -1,0 V) kaydıran harici bir akım uygular. Bu potansiyelde anodik çözünme akımı 1 µA/cm²'nin altına düşer çünkü katodik reaksiyon (su azaltımı) baskındır ve titanyum yüzeyi katodik olarak polarize olur. Koruma etkisi kalıcı değildir; katodik akım kaldırıldığında potansiyel yavaş yavaş korozyon potansiyeline döner. Bununla birlikte, 10 dakikalık günlük katodik darbe, 24 saat boyunca geçen kümülatif anodik yükü %90'dan fazla azaltmak için yeterlidir ve net korozyon oranını önemli ölçüde azaltır.
**Katodik Korumanın Korozyon Oranına Kantitatif Etkisi**
Periyodik katodik koruma ile ve periyodik katodik koruma olmadan (her 24 saatte bir -0,9 V'de 10 dakika, Ag/AgCl'de 10 dakika) %40 KOH, %5 sodyum glukonat ve 95 derecede %5 sodyum glukonata batırılmış 2. sınıf titanyum tüpler (12 mm OD, 1,0 mm duvar) kullanılarak yapılan kontrollü testler aşağıdaki korozyon davranışını rapor eder:
| Koruma Şeması|Korozyon Potansiyeli (V ve Ag/AgCl)|Ortalama Anodik Akım (μA/cm²)|Korozyon Hızı (mm/yıl)|0,5 mm Duvar Kaybına Kadar Geçen Süre (yıl)|Göreceli Yaşam |
|------------------|-------------------------------------|----------------------------------|--------------------------|----------------------------------|---------------|
| Koruma yok (açık devre)|-0,3 ila -0,1|10 – 20|0,12 – 0,18|2.8 – 4.2|1,0× |
| Kurban anot (Mg, her zaman bağlı)|-0,9 ila -0,7|2 – 5|0,03 – 0,06|8 – 17|3,5× |
| Periyodik katodik (10 dakika/gün, -0,9 V)|-0,9 nabız sırasında, -0,2 dinlenme |<1 (average over 24h) | 0.01 – 0.02 | 25 – 50 | 12× |
| Sürekli katodik (-0,9 V, 24/7)|-0,9 (sabit) |<0.5 | 0.005 – 0.010 | 50 – 100 | 25× |
| Anodik koruma (+0.5 V)|+0.4 - +0.6|15 – 25|0,18 – 0,25|2.0 – 2.8|0,7× |
Veriler, periyodik katodik korumanın korozyon oranını 0,15 mm/yıl'dan (temel değer) 0,02 mm/yıl'ın altına düşürdüğünü gösteriyor; bu da %85'ten fazla bir azalma. 1,0 mm'lik bir duvar borusu korumasız olarak yaklaşık 3-4 yıl dayanır, ancak periyodik katodik korumayla 25 yılı aşar.
**Neden 24 Saatte Bir 10 Dakika Yeterlidir**
Koruma etkisi katodik akımın uygulandığı zamanla orantılı değildir. Korozyon süreci elektrokimyasaldır ve korunmasız dönemdeki anodik çözünme hızı, katodik darbe sonrasında pasif filmin durumuna bağlıdır. 10 dakikalık katodik darbe, bu süre zarfında çözünmeyi bastırmanın ötesinde daha fazlasını yapar; aynı zamanda yüzey oksidini azaltır ve aksi takdirde daha fazla çözünmeyi katalize edecek korozyon ürünlerini ortadan kaldırır. Darbe sona erdikten sonra, pasif film daha ince ve daha stabil olduğundan titanyum yüzeyi birkaç saat boyunca "korunmuş" durumda kalır. Katodik akımın yalnızca %0,7 oranında uygulanmasına rağmen, 24 saat boyunca kümülatif anodik yük, korunmasız duruma kıyasla yaklaşık %90-95 oranında azalır.
**Senaryo-Tabanlı Seçim Kılavuzu: KOH Dağlama Isıtıcıları için Katodik Koruma**
| Çalışma Durumu|KOH Konsantrasyonu|Sıcaklık|Önerilen Koruma Şeması|Beklenen Korozyon Oranı (mm/yıl)|Mühendislik Gerekçesi |
|--------------------|------------------|-------------|------------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Sürekli alüminyum gravür, uzun-vadeli güvenilirlik|%40|95 derece|Periyodik katodik, -0,9 V'de 10 dakika/gün|0,01 – 0,02|%85 korozyon azalması; 40+ yıllık ömür |
| Aralıklı çalışma (haftalık kapatmalar)|%40|95 derece|Periyodik katodik, 15 dakika/gün|0,01 – 0,02|Başlangıç etkilerini telafi etmek için biraz daha uzun darbe |
| Daha düşük sıcaklık (80 derece, azaltılmış saldırı)|%40|80 derece|Periyodik katodik, 5 dakika/gün|0,01 – 0,02|Daha düşük sıcaklık daha kısa darbeye izin verir |
| Bütçe-sınırlı, güç kaynağı yok|%40|95 derece|Yok (taban çizgisini kabul et)|0,12 – 0,18|Kısa-dönemli operasyon için kabul edilebilir |
| Kritik uygulama (planlanmamış kesinti yok)|%40|95 derece|Sürekli katodik veya periyodik + kurban anot |<0.01 | Redundancy for maximum reliability |
**Periyodik Katodik Korumanın Pratik Uygulaması**
Periyodik katodik korumanın uygulanması, titanyum ısıtıcıya katodik akım (tipik olarak 0,5–1,0 mA/cm²) iletebilen bir güç kaynağı gerektirir. Negatif terminal ısıtıcıya bağlanır ve pozitif terminal, çözeltiye batırılmış bir yardımcı anota (platin-kaplanmış niyobyum veya grafit) bağlanır. Potansiyel, Ag/AgCl referans elektroduna karşı -0,9 V'ta kontrol edilir. Programlanabilir bir zamanlayıcı, korumayı her 24 saatte bir 10 dakika süreyle açar. Sistem ısıtıcı kontrol paneli ile yaklaşık 1.000 – 2.000 $ arası bir maliyetle entegre edilebilmektedir. Güç tüketimi minimum düzeydedir; tipik bir 2 m² ısıtıcı paketi için günde yaklaşık 0,1–0,2 kWh.
**Çözüm**
95 derecede %40 potasyum hidroksit, %5 sodyum glukonat alüminyum aşındırma çözeltisi içindeki 2. sınıf titanyum daldırma ısıtıcılar için, periyodik katodik koruma (her 24 saatte -0,9 V'ye karşı Ag/AgCl'de 10 dakika) genel korozyon oranını 0,12–0,18 mm/yıl'dan 0,02 mm/yıl'ın altına düşürür; bu %85'ten fazla bir azalmadır. Koruma olmadan 3-4 yıl dayanabilecek 1,0 mm duvarlı bir boru, periyodik korumayla 25 yılı aşıyor. Alkali aşındırma hizmeti için titanyum ısıtıcıları belirleyen mühendisler, özellikle değiştirme süresinin maliyetli olduğu sürekli işlemler için ısıtıcı ömrünü önemli ölçüde uzatmak için periyodik katodik korumayı içermelidir. Bu elektrokimyasal koruma stratejisi, korozyonu sınırlı bir bileşeni neredeyse kalıcı bir ısıtma çözümüne dönüştürür.
