In sodium metasilicate (Na₂SiO₃) solutions at 80°C, silicate ions polymerize on titanium surfaces. At pH >11, kremičitan vytvára súvislý, -porézny, ochranný film s hrúbkou 0,5–2 µm. Pri pH 9 je film porézny, popraskaný a nechráni -, čo umožňuje chloridom alebo iným agresívnym látkam preniknúť a spôsobiť jamky. Rozdiel vyplýva zo stavu polymerizácie silikátových iónov. Pri vysokom pH existuje kremičitan ako monomérne ióny Si044, ktoré tvoria hustý, sklovitý film. Pri nižšom pH kremičitan polymerizuje do koloidných reťazcov, ktoré vytvárajú poréznu, popraskanú štruktúru.

Mechanizmus tvorby silikátového filmu-závislého od pH

The polymerization of silicate ions follows: SiO₄⁴⁻ + H₂O → HSiO₄³⁻ + OH⁻. At high pH (>11), rovnováha uprednostňuje monomérne ióny, ktoré sa ukladajú ako hustý amorfný oxid kremičitý. Pri pH 9 – 10 sa ióny polymerizujú do reťazcových{4}}štruktúr, ktoré vytvárajú poréznu sieť. Film tiež obsahuje sodné ióny, čím sa vytvára kremičitanové sklo. Kvalitu ochrany určuje hustota filmu a neprítomnosť mikro-trhlín.

Kvantitatívna kvalita filmu ako funkcia pH

Kontrolované testovanie v 10% Na2SiO3 pri 80 stupňoch počas 500 hodín stanovilo pre titán 2. stupňa nasledovné. Pri pH 8 je hrúbka filmu 0,1–0,3 µm, pórovitosť filmu je vysoká, rýchlosť korózie je 0,15–0,30 mm za rok a je prítomná bodová korózia. Pri pH 9 je hrúbka 0,2 – 0,5 µm, pórovitosť je vysoká, rýchlosť korózie je 0,08 – 0,20 mm za rok a občasná jamka. Pri pH 10 je hrúbka 0,5 – 1,0 µm, pórovitosť je mierna, rýchlosť korózie je 0,04 – 0,10 mm za rok a jamkovanie je zriedkavé. Pri pH 11 je hrúbka 1,0–1,5 µm, pórovitosť je nízka, rýchlosť korózie je 0,02–0,05 mm za rok a nedochádza k žiadnej jamkovej korózii. Pri pH 12 je hrúbka 1,5 – 2,5 µm, pórovitosť je veľmi nízka, rýchlosť korózie je 0,01 – 0,03 mm za rok a nedochádza k jamkovej korózii. Pri pH 13 je hrúbka 2,0–3,0 µm, pórovitosť je veľmi nízka, rýchlosť korózie je 0,005–0,015 mm za rok a nedochádza k žiadnej jamkovej korózii.

Vplyv teploty na požiadavku pH

Minimálne pH potrebné pre ochranný film sa zvyšuje s teplotou. Pri 60 stupňoch je minimálne pH 10,5 a odporúčané pH je 11,0. Pri 80 stupňoch je minimum 11,0 a odporúčané je 11,5. Pri 100 stupňoch je minimum 11,5 a odporúčané je 12,0. Pri 120 stupňoch je minimum 12,0 a odporúčané je 12,5. Vyššie teploty podporujú silikátovú polymerizáciu, čo si vyžaduje vyššie pH na udržanie monomérneho stavu.

Sprievodca kontrolou pH pre službu metasilikátu sodného

Nasledujúca tabuľka poskytuje odporúčania pre kontrolu pH na udržanie ochranného silikátového filmu na titánových ohrievačoch 2. stupňa v 10 % metakremičitane sodnom pri 80 stupňoch.

Engineering Beyond pH Control

Stupeň titánu ovplyvňuje požadované pH. Stupeň 7 (paládium{2}}stabilizovaný) vytvára ochranný silikátový film pri pH 10,5 – 11,0, čo je o niečo menej ako stupeň 2. Stupeň 12 ponúka podobné správanie ako stupeň 2. Hrúbka steny poskytuje ochranu proti korózii, ak film nie je plne ochranný. Koncentrácia kremičitanov ovplyvňuje tvorbu filmu; pri 5 % Na2Si03 je požadované pH 11,5. Pri 15 % Na2Si03 je požadované pH 10,5. Prítomnosť chloridov (z nečistôt) zvyšuje požadované pH o 0,5–1,0 jednotiek. Roztok by sa mal monitorovať pomocou pH metra kalibrovaného pre roztoky s vysokým pH.

Vypracovanie informovanej špecifikácie

V prípade titánového ponorného ohrievača v 10% metakremičitane sodnom pri 80 stupňoch udržujte pH nad 11,0 pridaním hydroxidu sodného. Nainštalujte regulátor pH s alarmom nastaveným na 10,8 a blokovaním na 10,5. Pre existujúce systémy s pH pod 11 pridajte NaOH, aby sa pH zvýšilo na 11,5. Ak sa pH nedá zvýšiť, použite titán 7. stupňa alebo znížte teplotu na 60 stupňov. Počas prevádzky kontrolujte povrch ohrievača, či neobsahuje jamky; ak spozorujete jamkovanie, okamžite zvýšte pH. Reguláciou pH nad 11 inžinier zaisťuje vytvorenie ochranného, ​​-porézneho silikátového filmu na titáne.