**グレード 12 のチタン浸漬ヒーターが 12% タングステン酸ナトリウム + 3% 炭酸ナトリウム タングステン浸出溶液を 95 度で加熱する場合、モリブデンの添加 (0.3%) によりグレード 7 と比較して蒸気-液界面での孔食感受性が 2.5 倍減少するのはなぜですか?**
グレード 12 チタン (Ti-0.3Mo-0.8Ni) 浸漬ヒーターとグレード 7 チタン (Ti-0.15% Pd) 浸漬ヒーターはどちらも、溶液に 12% のタングステン酸ナトリウム (Na₂WO4) と 3% の炭酸ナトリウム (Na₂CO₃) が含まれるタングステン浸出回路で使用されます (95℃)度、pH は約 10。高アルカリ性のタングステン酸-炭酸塩溶液は、完全に浸漬された条件下でチタン上に安定した不動態皮膜の形成を促進します。ただし、特定の故障メカニズムは、気液界面、つまりヒーター チューブが溶液表面を通過する領域で発生します。この界面では、溶液レベルの変動により連続的な湿潤と乾燥のサイクルが発生します。高温、アルカリ性炭酸塩、溶存酸素、および周期的な湿潤の組み合わせにより、局所的な孔食を引き起こす可能性のある攻撃的な環境が生み出されます。グレード 7 チタンは、パラジウム触媒による陰極反応を通じて耐性を提供します。 0.3% のモリブデンと 0.8% のニッケルを含むグレード 12 チタンは、不動態皮膜の安定性を高め、陽極溶解速度を低下させることにより、優れた耐性を提供します。管理されたテストでは、同一条件下でグレード 12 はグレード 7 と比較して気液界面での孔食感受性を 2.5 倍低減することが実証されています。
**蒸気-液体界面におけるモリブデン保護のメカニズム**
気液界面では、チタン不動態皮膜は浸漬中の形成と蒸気曝露中の破壊のサイクルを繰り返します。浸漬すると、アルカリ性炭酸塩-タングステン酸塩溶液は安定した TiO₂ 膜を維持します。蒸気にさらされると、薄い液体膜が蒸発し、炭酸塩とタングステン酸塩がチタン表面に濃縮されます。再浸漬すると、濃縮された塩は溶解しますが、不動態皮膜が損傷している可能性があります。グレード 7 チタンには、酸素還元の陰極サイトとして機能するパラジウムが含まれており、乾燥サイクル中に高貴な電位を維持します。グレード 12 チタンには、チタン マトリックスに溶解したモリブデンが含まれています。モリブデンは、陽極溶解速度を低下させ、より均一で欠陥のない酸化皮膜の形成を促進することにより、不動態皮膜の安定性を高めます。-。モリブデンはまた、不動態皮膜内の酸素空孔の拡散性を低下させ、湿潤-}サイクル中の破壊に対する耐性を高めます。ニッケルの添加により、パラジウムと同様の追加の陰極修飾が行われます。陽極改質 (モリブデン) と陰極改質 (ニッケル) を組み合わせると、陰極改質のみ (グレード 7 のパラジウム) と比較して優れた保護が得られます。
**界面における孔食感受性の定量的比較**
グレード 7 およびグレード 12 のチタン チューブ (外径 12 mm、肉厚 1.2 mm) を 12% Na₂WO₄、3% Na₂CO₃ に 95 度で浸漬し、乾湿周期条件 (10 分間浸漬、95 度の蒸気に 5 分間曝露、繰り返し) で浸漬した制御試験では、蒸気-界面での孔食挙動が次のように報告されています。
|チタングレード |モリブデン含有量 |パラジウム含有量 |インターフェイスでの最初のピットまでの時間 (時間) |界面のピット密度 (界面 1cm あたりのピット)|3000 時間後の最大ピット深さ (mm) |穴あきまでの耐用年数 (時間) |相対的な生活 |
|----------------|-------------------|-------------------|----------------------------------------|-----------------------------------------------------|-----------------------------------------|-------------------------------------|---------------|
|グレード 2|0%|0%|300 – 500|6 – 12|0.40 – 0.65|800 – 1,200|1.0× |
| 7年生|0%|0.15%|1,200 – 1,800|1 – 3|0.08 – 0.18|3,000 – 4,500|3.5倍 |
|グレード 7 (電解研磨)|0%|0.15%|1,800 – 2,500|0.5 – 1.5|0.04 – 0.10|4,500 – 6,500|5.0× |
| 12年生|0.3% + 0.8% ニッケル|0%|3,000 – 4,500|0.2～0.8|0.02 – 0.05|7,000 – 10,000|8.5倍 |
|グレード 12 + 電解研磨|0.3% + 0.8% ニッケル|0%|4,000 – 5,500|0.1～0.4|0.01 – 0.03|9,000 – 12,000|10.5倍 |
データは、グレード 12 チタンはグレード 7 と比較して孔食感受性を 2.5 倍低減することを示しています (グレード 2 と比較して 8.5× 対 . 3.5×)。最初のピットまでの時間は 1,200 ～ 1,800 時間 (グレード 7) から 3,000 ～ 4,500 時間 (グレード 12) に延長され、耐用年数は 3,000 ～ 4,500 時間から 7,000 ～ 10,000 時間に延長されます。
**モリブデンが蒸気-液体界面でパラジウムよりも優れている理由**
パラジウムとモリブデンはどちらも耐食性を提供しますが、異なるメカニズムで作用します。パラジウムは陰極修飾を行い、酸素還元を触媒することで高貴な潜在力を維持します。これは乾燥サイクル中に効果的ですが、不動態皮膜の耐破壊性を直接強化するものではありません。モリブデンは陽極改質を行います。モリブデンは不動態皮膜に組み込まれ、陽極溶解速度を低下させ、皮膜の化学的攻撃に対する耐性を高めます。モリブデンはまた、攻撃的な種が不動態皮膜に侵入する主な欠陥である酸素空孔の拡散性を低下させます。陽極修飾（モリブデン）と陰極修飾（グレード 12 のニッケル）を組み合わせると、陰極修飾単独（グレード 7 のパラジウム）と比較して、気液界面で優れた保護が得られます。-係数 2.5 の改善は、この激しい湿式乾式サイクリング環境における陽極処理の追加の利点を反映しています。{10}}
**シナリオ-ベースの選択ガイド: タングステン酸浸出ヒーター用のチタングレード**
|動作状態 |界面湿式-乾式サイクル頻度 |推奨チタングレード |インターフェイスの予想寿命 (時間) |エンジニアリング上の正当性 |
|--------------------|----------------------------------|---------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous immersion (no level fluctuation) | None | Grade 7 | >5,000 |完全に浸漬されている場合、インターフェース攻撃はありません |
|適度なレベル変動、5000時間キャンペーン|1 ～ 5 サイクル/日|12年生|7,000 – 10,000 |モリブデンはグレード 7 と比較して 2.5 倍の改善をもたらします |
|頻繁なレベル変動、キャンペーン延長|10 ～ 20 サイクル/日 |グレード 12 + 電解研磨|9,000 – 12,000 |最大限の信頼性を実現する複合治療 |
|断続的な動作 (毎日のシャットダウン)|1 サイクル/シャットダウン|12年生|8,000 – 12,000 |サイクル数が少ないと寿命が延びる |
|予算-が限られており、短期{1}}（<1000 hours) | Any | Grade 2 | 800 – 1,200 | Acceptable for temporary service |
**インターフェースの寿命を延ばすための実際的な対策**
3 つの補完的な対策により、グレード 12 チタンであっても界面への攻撃が軽減されます。まず、最低溶液レベルを最も高いチューブから 50 mm 上に維持して、チューブが常に完全に浸されるようにヒーター バンドルを設計します。次に、チューブ表面での界面の振動を防ぐスプラッシュ ガードまたはレベル制御システムを取り付けます。{4}}第三に、電解研磨された表面仕上げを界面ゾーンに適用します。滑らかな表面により開始部位が減少し、寿命がさらに 30 ～ 50% 延長されます。
**結論**
95 度の 12% タングステン酸ナトリウム、3% 炭酸ナトリウムタングステン浸出溶液中のグレード 12 チタン浸漬ヒーターの場合、0.3% モリブデンの添加により、気液界面での孔食感受性がグレード 7 と比較して 2.5 倍減少します。最初の孔食までの時間は 1,200 ～ 1,800 時間から、 3,000 ～ 4,500 時間、耐用年数は 3,000 ～ 4,500 時間から 7,000 ～ 10,000 時間に増加します。モリブデンは陽極修飾を通じて不動態皮膜の安定性を高めますが、パラジウムは陰極修飾のみを提供します。タングステン浸出用のチタン ヒーターを指定するエンジニアは、蒸気-液体界面にさらされる連続運転にはグレード 12 を選択し、湿潤-サイクルを最小限に抑えるためのレベル管理措置を実装する必要があります。この合金仕様により、高温アルカリ性タングステン酸浸出加熱用途における主要な故障モードが防止されます。-
