Em um aquecedor com bainha de titânio submetido à limpeza diária com ácido fosfórico a 10% a 80 graus, como a qualidade da água de enxágue (torneira vs. deionizada) influencia a cinética de repassivação e a subsequente corrosão em serviço?

Em operações industriais, os aquecedores com bainha de titânio são colocados em condições alternadas de corrosão e lavagem com um ciclo de limpeza diário, usando ácido fosfórico a 10% a 80 graus. A qualidade da água de enxágue entre os ciclos de limpeza é essencial para a cinética de repassivação da superfície do titânio. Água deionizada com resistividade > 1 MΩ·cm permite rápida repassivação e formação de um filme passivo estável dentro de 10–30 min. A água da torneira contendo cloretos (geralmente 50-200 ppm) e outros íons retarda a repassivação, aumentando o tempo para atingir uma camada estável para 2-6 horas, e deixando cloretos adsorvidos na superfície que servem como locais de início de corrosão durante a operação posterior. A qualidade da água de enxágue escolhida afeta diretamente a densidade de corrosão e a vida útil do aquecedor.

O mecanismo de influência da água de enxágue na cinética de repassivação

Após o tratamento com ácido fosfórico a 10%, a superfície do titânio fica em condição ativa ou parcialmente passiva. O ácido é removido pelo enxágue, mas também define a química da solução na qual ocorre a repassivação. A água deionizada proporciona um ambiente limpo e de baixa condutividade para o crescimento uniforme do filme passivo de titânio. Nenhum íon hostil está presente e uma densa camada estequiométrica de TiO2 pode ser formada. Os íons cloreto da água da torneira são adsorvidos na superfície do titânio e competem com o oxigênio pelos locais de adsorção. E os cloretos impedem a criação da película passiva e podem ficar presos sob o óxido à medida que ele se forma, causando pontos fracos que começarão a formar corrosão quando o aquecedor for colocado novamente em serviço. O tempo de repassivação é o tempo necessário para que a densidade da corrente de corrosão caia abaixo de 1 µA/cm2 após o enxágue.

Tempos quantitativos de repassivação e taxas de corrosão de diferentes qualidades de água de enxágue

Testes controlados de cupons de titânio Grau 2, usando uma imersão diária de 1 h em ácido fosfórico a 10% a 80 graus, seguido por um enxágue de 15 minutos e depois imersão em NaCl a 3% a 60 graus para replicar o serviço, estabeleceu o seguinte comportamento ao longo de 30 ciclos. O tempo de repassivação no enxágue com água deionizada com resistividade de 18 MΩ·cm é de 10 a 30 minutos, a espessura do filme passivo após 1 hora é de 3 a 5 nm, a densidade de corrosão no serviço subsequente é de 0 a 5 perfurações por cm² e a profundidade máxima de corrosão após 500 horas é de 0 a 20 µm. Esse desempenho é considerado ótimo. O tempo de repassivação em água de torneira amolecida (resistividade de 10.000 Ω·cm, 20 ppm de cloreto) aumenta para 30–90 min, a espessura do filme após 1 h é de 2–4 nm, a densidade de pites é de 5–20 pites/cm2 e a profundidade de pites é de 20–80 μm, indicando bom desempenho. água da torneira normal, resistividade de 2.000 Ohm-cm, tempo de repassivação de cloreto de 100 ppm 1-3 horas espessura do filme após 1 hora 1-3 nm densidade de corrosão 20-80 pontuações/cm2 profundidade de perfuração 80-200 mm medíocre a ruim. A água dura da torneira tem um tempo de repassivação de 3 a 6 h, espessura de filme de 1 a 2 nm após 1 h, densidade de pites > 80 pites/cm² e profundidade de pites > 200 µm com resistividade de 500 Ω·cm e 200 ppm de cloreto, o que é inaceitável.

Efeito da duração e da temperatura do enxágue na qualidade da repassivação

A eficiência do enxágue depende da qualidade da água e dos parâmetros do enxágue. Um enxágue de 5 minutos com água deionizada resultou em uma repassivação de 80% em comparação com um enxágue de 30 minutos. Um enxágue de 60 minutos com água da torneira com 100 ppm de cloreto não é equivalente a um enxágue de 10 minutos com água deionizada em termos de qualidade de repassivação. A temperatura da água de enxágue é outro fator importante; a água de enxágue quente (40 graus) melhora a cinética de repassivação em 30–50% em comparação com a água de enxágue fria (20 graus) tanto para água deionizada quanto para água de torneira. Porém, a água quente da torneira pode fazer com que os cloretos se concentrem durante o processo de secagem, piorando o resultado. Para todas as qualidades de água, uma vantagem adicional é o enxágue final com água deionizada após o enxágue principal.

Ciclos de limpeza com ácido fosfórico - Guia para escolher a qualidade da água de enxágue

As recomendações para a qualidade da água de enxágue para ciclos de limpeza diários com ácido fosfórico a 10% a 80 graus são fornecidas na tabela a seguir, dependendo da resistência à corrosão desejada e da vida útil em serviços subsequentes contendo-cloreto.

Densidade de corrosão desejada (depressões/cm2) após 500 horas Cloreto máximo permitido na água de enxágue (ppm) Resistividade mínima recomendada da água de enxágue (Ω·cm) Duração de enxágue recomendada (minutos) Enxágue final necessário<5 <10 >100,000 15 Sim (spray DI)
5 - 20 10 - 50 10,000 - 100,000 20 Recomendado
20–80 50–150 1,000–10,000 30 Recommended >80 >150 <1,000 60+ Not effective Engineering Beyond Rinse Water Quality Control

O grau de titânio impacta a cinética de repassivação. O Grau 7 (paládio-estabilizado) repassiva 2-3 vezes mais rápido que o Grau 2 em qualquer qualidade de água de enxágue, diminuindo a sensibilidade à contaminação por cloretos. A espessura da parede oferece uma margem para corrosão. Uma parede de 2,0 mm, com corrosão moderada devido ao enxágue com água da torneira, pode durar de 5 a 8 anos, mas uma parede de 1,2 mm falharia mais cedo. A técnica de secagem após o enxágue é importante. A secagem forçada com ar quente a 60 graus por 10 minutos elimina a umidade restante, evitando áreas de concentração de cloretos. Se o volume de água deionizada for restrito, uma solução-compromissada é um enxágue em dois estágios (água da torneira seguida de água deionizada).

Fornecendo uma especificação informada

Para um aquecedor com revestimento de titânio usado diariamente com ácido fosfórico a 10% a 80 graus e depois exposto a um ambiente contendo cloreto, use um enxágue em dois-estágios. Um enxágue inicial com água da torneira por 1 minuto seguido de um enxágue final com água deionizada de resistividade de 18 MΩ·cm por 10 minutos a 40 graus. Especifique que a água de enxágue final seja inferior a 10 ppm de cloretos. Se a água deionizada não estiver disponível para as instalações existentes, adicione um cartucho de desionização à linha de enxágue ou aumente o tempo de enxágue para 60 minutos com secagem com ar forçado. Após o procedimento de enxágue durante o comissionamento, um cupom de teste foi medido quanto ao potencial de repassivação. Um valor inferior a -0,1 V vs. Ag/AgCl em NaCl a 3% indica repassivação incompleta e requer enxágue mais longo ou de maior qualidade. O engenheiro utiliza água de lavagem desionizada em vez de água da torneira para uma rápida repassivação e sem mais corrosão em serviço.