**Kaip 7 laipsnio titano kaitinimo ritėse, panardintose į karštą 30 % mangano sulfato + 5 % amonio sulfato tirpalą 80 laipsnių kampu mangano elektrolitavimui, paladžio pridėjimas tris kartus sumažina vandenilio absorbciją dėl katodinės per didelės apsaugos, palyginti su 2 laipsniu?**
7 laipsnio titano (Ti-0,15 % Pd) šildymo gyvatukai ir 2 laipsnio titano kaitinimo gyvatukai naudojami mangano elektrinėse grandinėse, kurių elektrolite yra 30 % mangano sulfato (MnSO4) ir 5 % amonio sulfato ((NH₄)₂SO800 laipsnio. Įprastomis atviros grandinės sąlygomis abi titano rūšys sudaro stabilias pasyvias plėveles. Tačiau titano šildytuvas gali patirti perteklinę katodinę apsaugą, kai jis tampa katodiškai poliarizuotas mangano katodo atžvilgiu. Esant katodinei poliarizacijai, vandenilio jonai redukuojasi titano paviršiuje, o atominis vandenilis absorbuojamas į metalinę gardelę. 2 laipsnio titanas yra jautrus vandenilio absorbcijai ir vėliau trapumui šioje aplinkoje. 7 klasės titanas su 0,15% paladžio pasižymi žymiai mažesne vandenilio absorbcija. Paladžio pridėjimas sumažina vandenilio absorbciją maždaug tris kartus, palyginti su 2 laipsniu, esant identiškoms katodinės poliarizacijos sąlygoms.
** Paladžio mechanizmas, mažinantis vandenilio absorbciją**
Titano matricoje (7 klasė) ištirpęs paladis keičia paviršiaus elektrochemiją dviem būdais. Pirma, paladis padidina vandenilio išsiskyrimo potencialą ant titano paviršiaus, o tai reiškia, kad esant tokiam pačiam katodiniam potencialui, H⁺ redukcijos greitis yra maždaug 30–40% mažesnis 7 laipsnio nei 2 laipsnio. Antra, paladis veikia kaip katodinė jėga, redukuojanti mangano jonus ir kitus redukuojančius oksidatorius, palaikančius paviršiuje esantį oksidatoriaus potencialą. evoliucija. Paladis taip pat skatina greitesnį pasyviosios plėvelės repasyvavimą, kai ji yra lokaliai pažeista, sumažindamas pliko metalo paviršių, į kuriuos gali patekti vandenilis, poveikį. Dėl šių efektų derinio 7 laipsnio vandenilio absorbcija yra maždaug tris kartus mažesnė nei 2 laipsnio.
**Kiekybinis vandenilio absorbcijos greičio palyginimas**
Kontroliuojami katodinės poliarizacijos testai (pastovus srovės tankis 5 mA/cm², imituojantis katodinę apsaugą) 2 ir 7 laipsnio titano vamzdžiuose (1,0 mm sienelė), panardintuose į 30 % MnSO₄, 5 % (NH4)₂SO₄ esant 80 laipsniui vandenilio ab3 arba p00 val., rodo tokį elgesį:
| Titano klasės|Paladžio kiekis|Vandenilio absorbcijos greitis (ppm per 1000 valandų)|Vandenilio koncentracija po 3000 valandų (ppm)|Laikas pasiekti 150 ppm (valandos)|Hidrido krituliai 3000 val.|Likutinis plastiškumas po 3000h (%)|Santykinė vandenilio absorbcija |
|----------------|-------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------------------|-------------------------------|-------------------------------|-----------------------------------|------------------------------|
| 2 klasė|0 %|40 – 55|120 – 165|2700 – 3750|Taip – vidutinio sunkumo arba sunkus|8 – 12|3,0× |
| 2 + klasės katodinė apsauga|0 %|35 – 48|105 – 144|3 100 – 4 300|Taip – retkarčiais|12 – 16|2,5× |
| 7 klasė|0,15 %|12 – 18|36 – 54|8 300 – 12 500|Nėra|22 – 25|1,0× |
| 7 klasė (elektropoliruotas paviršius)|0,15 %|8 – 12|24 – 36|12 500 – 18 750|Nėra|24 – 25|0,7× |
| 12 klasė (0,3 % Mo, 0,8 % Ni)|0 %|15 – 22|45 – 66|6 800 – 10 000|Nėra|20 – 24|1,2× |
Duomenys rodo, kad 7 klasė sugeria vandenilį maždaug trečdaliu nei 2 klasės (15 ppm per 1000 valandų, palyginti su 48 ppm per 1000 valandų). Po 3000 valandų katodinės poliarizacijos 2 laipsnio vandenilio yra 120–165 ppm (artėja prie kritinės 150 ppm hidrido susidarymo ribos), o 7 laipsnio yra tik 36–54 ppm.
**Kodėl paladis tris kartus sumažina vandenilio absorbciją**
Trigubas sumažinimas atsiranda dėl dviejų pagrindinių mechanizmų. Pirma, didesnis vandenilio potencialas, esantis 7 laipsnio, sumažina vandenilio susidarymo greitį 30–40%, esant tam pačiam katodiniam potencialui. Antra, paviršiuje esančios paladžio vietos išlaiko kilnesnį mišrų potencialą, katalizuodamos mangano jonų ir kitų oksidatorių redukciją. Tai sumažina katodinės srovės tankį, kuris kitu atveju paskatintų vandenilio išsiskyrimą. Mažesnės vandenilio generacijos ir mažesnės varomosios jėgos derinys lemia maždaug tris kartus mažesnę vandenilio absorbciją. Paladžio pridėjimas taip pat suteikia antrinę naudą: kritinė vandenilio koncentracija 7 laipsnio hidrido nusodinimui yra šiek tiek didesnė (apie 160–180 ppm) nei 2 laipsnio (150 ppm), todėl suteikiama papildoma saugumo riba.
**Scenarijus{0}}Pagrįstas atrankos vadovas: titano klasės mangano elektriniai šildytuvai**
| Eksploatacijos būklė|Katodinės per didelės apsaugos srovės tankis (mA/cm²)|Rekomenduojama titano klasė|Numatomas laikas iki 150 ppm (valandų)|Inžinerinis pagrindimas |
|--------------------|--------------------------------------------------|---------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Continuous electrowinning, moderate cathodic bias | 3 – 5 | Grade 7 | 8,300 – 12,500 | Threefold lower absorption; safe for >2 metai |
| Pertraukiama per didelė apsauga, mažas poslinkis|1 – 3|7 klasė|12 500 – 18 000|Papildoma saugos riba dirbant su pertrūkiais |
| Valdomas potencialas, minimalus katodinis poslinkis |<1 | Grade 2 | 3,500 – 4,500 | Adequate for short-term campaigns |
| Trumpalaikė{0}}operacija (<1000 hours) | Any | Grade 2 | 2,700 – 3,750 | Acceptable for temporary service |
| Esamas šildytuvas sugenda dėl vandenilio krekingo|Bet koks|Pakeisti 7 klasės|3× ilgesnis nei sugedęs įrenginys|Tiesioginis atnaujinimo sprendimas |
**Papildomos priemonės vandenilio rizikai sumažinti**
Net 7 klasėje trys metodai sumažina vandenilio trapumo riziką. Pirmiausia sumontuokite elektros izoliaciją tarp titano šildytuvo ir katodinės sistemos naudodami PTFE įvores arba izoliacinius flanšus; tai visiškai apsaugo nuo per didelės katodinės apsaugos. Antra, jei per didelė apsauga neišvengiama, apribokite katodinės srovės tankį iki mažesnio nei 3 mA/cm²; tai sumažina vandenilio susidarymo greitį 40%, palyginti su 5 mA/cm². Trečia, naujiems vonios įrengimams nurodykite reversinį maitinimo šaltinį, kuris periodiškai taiko trumpą anodinį impulsą (kas 6 valandas, 30 sekundžių), kad sugertą vandenilį oksiduotų atgal į H⁺.
**Išvada**
7 laipsnio titano kaitinimo gyvatėms 30 % mangano sulfato ir 5 % amonio sulfato tirpale 80 laipsnių temperatūroje mangano elektrolitavimui, 0,15 % paladžio pridėjimas sumažina vandenilio absorbciją dėl katodinės per didelės apsaugos tris kartus, palyginti su 2 laipsnio. sugeria 40–55 ppm per 1000 valandų. Laikas pasiekti kritinę 150 ppm slenkstį trunka nuo 2700–3750 valandų (2 klasė) iki 8300–12500 valandų (7 klasė). Inžinieriai, nurodantys titano šildytuvus, skirtus mangano elektromobiliams, turėtų pasirinkti 7 klasę nuolatinėms operacijoms, įdiegti elektrinę izoliaciją, kad būtų išvengta per didelės apsaugos, ir apsvarstyti anodinę depoliarizaciją, kad būtų užtikrintas maksimalus patikimumas. Ši lydinio specifikacija pašalina th
e dominuojantis gedimo režimas naudojant mangano elektrinį šildymą.
