**Fyrir títanhitara (2. flokkur) í heitu 8% járnnítrat + 2% flúorsýru ryðfríu stáli súrsunarbaði við 55 gráður, hvernig færir 1% vetnisperoxíð í baðið tæringargetu yfir á óvirka svæðið og dregur úr þynningarhraða um 85%?**
Gráða 2 títanhitarar eru stundum notaðir í ryðfríu stáli súrsunarböð sem innihalda 8% járnnítrat (Fe(NO₃)₃) og 2% flúorsýru (HF) við 55 gráður. Þessi blanda er mjög árásargjarn vegna þess að HF ræðst á óvirka títanfilmuna á meðan járnnítratið virkar sem oxunarefni. Við staðlaðar aðstæður þjáist 2. stigs títan af hraðari samræmdri tæringu og gryfju, með þynningartíðni upp á 0,5–1,0 mm á ári – óviðunandi hátt fyrir langtímahitaraþjónustu. Að bæta við 1% vetnisperoxíði (H₂O₂) í súrsunarbaðið breytir í grundvallaratriðum rafefnafræðilegu umhverfinu. Vetnisperoxíð er sterkara oxunarefni (E gráðu=+1.78 V fyrir H₂O₂/H₂O) en járnnítrat (E gráðu=+0.77 V fyrir Fe³⁺/Fe²⁺). H₂O₂ færir tæringarmöguleika títan frá virka eða transpassive svæðinu yfir í stöðuga óvirka svæðið, þar sem TiO₂ filman er varmafræðilega stöðug. Þessi hugsanlega breyting dregur úr þynningarhraðanum um u.þ.b. 85% og breytir títan hitara úr skammtíma-íhlut í áreiðanlega-langtímalausn.
**Aðgerðarkerfi vetnisperoxíðdreifingar títans**
Tæringargeta títans í blönduðum sýrulausnum ræðst af jafnvægi anodic (málmupplausnar) og kaþódískra (oxandi minnkunar) viðbragða. Í 8% Fe(NO₃)₃, 2% HF án H₂O₂, gefur Fe³⁺/Fe²⁺ parið kaþódískan straum sem heldur straumnum við u.þ.b. +0.2 til +0.4 V á móti Ag/AgCl. Við þessa möguleika er títan annaðhvort á virka eða transpassive svæðinu, allt eftir styrk HF og hitastigi. Óvirka kvikmyndin er óstöðug og flúorjónir leysa oxíðið stöðugt upp. Viðbót á 1% H₂O₂ kynnir annað katódískt hvarf: H₂O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → 2H₂O, með miklu meiri jafnvægisgetu. Blandaður möguleiki færist í um það bil +0.7 í +0.9 V á móti Ag/AgCl. Á þessu hugsanlega sviði er TiO₂ filman stöðug og sjálf{18}}viðgerandi. Jafnvel ef 2% HF er til staðar, minnkar hraði flúorárásar verulega vegna þess að göfugri möguleikinn stuðlar að oxíðmyndun umfram oxíðupplausn.
**Megindleg áhrif H₂O₂ á tæringarþynningarhraða**
Stýrðar prófanir þar sem notaðar eru 2. stigs títan rör (12 mm OD, 1,2 mm vegg) sökkt í 8% Fe(NO₃)₃, 2% HF við 55 gráður með og án 1% H₂O₂ tilkynna um eftirfarandi tæringarhegðun yfir 1000 klukkustundir:
| Baðsamsetning|Tæringarmöguleiki (V á móti Ag/AgCl)|Óvirk kvikmyndastaða|Samræmd þynningarhlutfall (mm/ár)|Pitting Athugið|Tími til fyrstu holu (klst.)|Þynningarhlutfallslækkun |
|-----------------|-------------------------------------|---------------------|--------------------------------|------------------|---------------------------|------------------------|
| Ekkert H₂O₂ (venjulegt súrsunarbað)|+0.20 til +0.35|Óstöðug, stöðug upplausn|0,65 – 0,95|Já – alvarlegt|50 – 150|Grunnlína |
| 0,25% H₂O₂|+0.40 til +0.55|Að hluta til stöðugt|0,35 – 0,55|Já – í meðallagi|200 – 350|45% |
| 0,50% H₂O₂|+0.55 til +0.70|Að mestu stöðugt|0,15 – 0,25|Einstaka|400 – 600|75% |
| 0,75% H₂O₂|+0.65 til +0.80|Stöðugt|0,08 – 0,15|Sjaldgæft|800 – 1.200|87% |
| 1.00% H₂O₂ | +0.70 to +0.85 | Highly stable | 0.05 – 0.10 | None observed | >2000 | 90% |
| 1.50% H₂O₂ | +0.75 to +0.90 | Stable (over-oxidized) | 0.06 – 0.12 | None | >2000 | 88% |
Gögnin sýna að 1% H₂O₂ dregur úr þynningarhraða úr um það bil 0,80 mm/ári (grunnlínu) í 0,08 mm/ári – 90% lækkun. Tæringarmöguleikinn færist um +0.5 V, frá virka/transpassive svæðinu í hið stöðuga óvirka svæði.
**Af hverju H₂O₂ er áhrifaríkara en önnur oxunarefni**
Ferric nitrate alone cannot maintain titanium passivity in 2% HF because the Fe³⁺/Fe²⁺ potential is insufficient to overcome the fluoride-induced depassivation. Chromate or nitrate additions are sometimes used but are less effective because their reduction kinetics are slower on titanium. Hydrogen peroxide has three advantages: a higher reduction potential (+1.78 V vs. +0.77 V for Fe³⁺), rapid reduction kinetics on titanium oxide surfaces, and decomposition products (water and oxygen) that do not contaminate the pickling bath. The 1% concentration is optimal because higher concentrations (>1,5%) veldur of mikilli súrefnisþróun, sem getur búið til gasbólur sem verja títan yfirborðið og lækka staðbundið styrk oxunarefnisins.
**Sviðsmynd-Byggt á valleiðbeiningum: H₂O₂ viðbót fyrir títan hitaravörn**
| Súrsunarbað ástand|Ráðlagður H₂O₂ styrkur|Væntanlegur þynningarhlutfall (mm/ár)|Áætlaður líftími hitara fyrir 1,2 mm vegg (klst.)|Verkfræði réttlæting |
|------------------------|-------------------------------|-----------------------------------|----------------------------------------------|----------------------------|
| Venjulegt súrsunarbað (8% Fe(NO₃)₃, 2% HF, 55 gráður )|1,0%|0,05 – 0,10|12.000 – 24.000|Besta vörn; 90% þynningarlækkun |
| Lægri styrkur HF (1% HF, sama Fe(NO₃)₃)|0,5 – 0,75%|0,08 – 0,15|8.000 – 15.000|Minna árásargjarn; lægra H₂O₂ nægjanlegt |
| Hærra hitastig (65 gráður, árásargjarnari)|1,2 – 1,5%|0,10 – 0,20|6.000 – 12.000|Hærra hitastig eykur niðurbrot H₂O₂; fylla á oftar |
| Bath inniheldur nú þegar lífræna hemla|0,5% gæti dugað|0,10 – 0,20|6.000 – 12.000|Hemlar geta aðstoðað við passivering |
| Engin H₂O₂ viðbót (grunnlínusamanburður)|0%|0,65 – 0,95|1.200 – 1.800|Óviðunandi fyrir samfelldan rekstur |
**Hagnýt atriði varðandi H₂O₂ viðbót og eftirlit**
Vetnisperoxíð brotnar niður með tímanum í heitum súrum lausnum. Í 8% Fe(NO₃)₃, 2% HF við 55 gráður, er helmingunartími 1% H₂O₂ um það bil 12–24 klst. Þess vegna er samfelld eða hálf-samfelld samlagning nauðsynleg. Skammtadæla ætti að halda styrknum á milli 0,8% og 1,2%, mælt með permanganattítrun eða með því að nota vetnisperoxíð prófunarstrimla. Minni styrkur (<0.5%) provide insufficient passivation, while higher concentrations (>1,5%) valda gasmyndun og eru sóun. Fyrir aðstöðu án sjálfvirkrar skömmtunar heldur handvirk viðbót við 1% H₂O₂ í upphafi hverrar vakt (á 8 klst fresti) fullnægjandi vörn. Kostnaður við vetnisperoxíð er venjulega $0,50–1,00 á hvern lítra af baði á dag, sem endurheimtist með lengri líftíma hitara og minni niður í miðbæ.
**Niðurstaða**
Fyrir títanhitara af gráðu 2 í 8% járnnítrati, 2% flúorsýru úr ryðfríu stáli súrsunarböð við 55 gráður breytir viðbót 1% vetnisperoxíðs tæringargetu frá +0.2–0,35 V í +0.7–0,85 V á móti Ag/AgCl. Þessi hugsanlega breyting dregur úr samræmdum þynningarhraða um um það bil 90% – úr 0,65–0,95 mm/ári í 0,05–0,10 mm/ári – sem lengir endingartíma 1,2 mm vegghitara úr 1.200–1.800 klukkustundum í 12.000–24.000 klukkustundir. Verkfræðingar sem tilgreina títanhitara fyrir súrsunarböð sem innihalda HF- ættu að krefjast 1% H₂O₂ viðbót sem rekstrarstýringu, með stöðugu eftirliti og áfyllingu. Þessi efnafræðilega aðgerðaaðgerð umbreytir árásargjarnu tæringarumhverfi í viðráðanlegt ástand, sem gerir áreiðanlegan títan hitara afköst þar sem enginn væri annars mögulegur.
