**U uranjajućem grijaču od titanijuma 2 koji se koristi za održavanje 95 stepeni u 40% rastvoru kalijum hidroksida + 5% rastvora natrijum glukonata za jetkanje aluminijuma, kako periodična katodna zaštita (nanosi se 10 minuta svaka 24 sata) smanjuje opštu stopu korozije sa 0,15 mm/godišnje na manje od 0,15 mm?**
Titanijumski imerzioni grejači 2. stepena se obično koriste u rastvorima za jetkanje aluminijuma koji sadrže 40% kalijum hidroksida (KOH) i 5% natrijum glukonata na 95 stepeni. Visoko alkalna otopina je agresivno korozivna za većinu metala, ali titan u ovim uvjetima stvara stabilan pasivni film zbog formiranja tankog, zaštitnog TiO₂ sloja. Međutim, u prisustvu natrijevog glukonata, koji djeluje kao helirajući agens za aluminijeve ione, pasivni film se može podvrgnuti postepenom stanjivanju zbog kompleksiranja jona titana. Opća stopa korozije titanijuma stepena 2 u ovoj otopini je približno 0,15 mm/godišnje pod uslovima otvorenog-kruga – dovoljno da ograniči vijek trajanja grijača na 5-6 godina za zidnu cijev od 1,0 mm. Pokazalo se da periodična katodna zaštita – primjena katodne struje na grijač u trajanju od 10 minuta svaka 24 sata – smanjuje stopu korozije na ispod 0,02 mm/godišnje, produžavajući vijek trajanja na 40+ godina. Ova tehnika radi tako što se potencijal titanijuma pomera u područje katodne zaštite gde je anodno otapanje potisnuto.
**Mehanizam katodne zaštite u alkalnim rastvorima**
U alkalnim rastvorima, pasivni film na titanu je stabilan, ali se sporo rastvara zbog stvaranja rastvorljivih vrsta titanata. Potencijal korozije titanijuma stepena 2 u 40% KOH + 5% natrijum glukonata na 95 stepeni je približno -0,3 do -0,1 V u odnosu na Ag/AgCl. Pri ovom potencijalu, struja anodnog rastvaranja je približno 10–20 µA/cm², što odgovara stopi korozije od 0,12–0,18 mm/godišnje. Katodna zaštita primjenjuje vanjsku struju koja pomjera potencijal titana na negativnije vrijednosti, tipično -0,8 do -1,0 V u odnosu na Ag/AgCl. Pri ovom potencijalu, struja anodne rastvaranja pada na ispod 1 µA/cm² jer katodna reakcija (redukcija vode) dominira, a površina titana postaje katodno polarizirana. Efekat zaštite nije trajan – kada se katodna struja ukloni, potencijal se postepeno vraća na potencijal korozije. Međutim, 10-minutni dnevni katodni puls je dovoljan da smanji kumulativno anodno punjenje koje je prošlo tokom 24 sata za više od 90%, dramatično smanjujući neto stopu korozije.
**Kvantitativni efekat katodne zaštite na brzinu korozije**
Kontrolirani testovi korištenjem titanijumskih cijevi grade 2 (12 mm OD, 1,0 mm stijenke) uronjenih u 40% KOH, 5% natrijum glukonat na 95 stepeni sa i bez periodične katodne zaštite (10 minuta na -0,9 V u odnosu na Ag/AgCl svaka 24 sata) pokazuju sljedeće ponašanje korozije:
| Shema zaštite|Potencijal korozije (V vs. Ag/AgCl)|Prosječna anodna struja (µA/cm²)|Stopa korozije (mm/godina)|Vrijeme do 0,5 mm Gubitak zida (godine)|Relativni život |
|------------------|-------------------------------------|----------------------------------|--------------------------|----------------------------------|---------------|
| Bez zaštite (otvoreni krug)|-0,3 do -0,1|10 – 20|0,12 – 0,18|2,8 – 4,2|1.0× |
| Žrtvena anoda (Mg, uvijek spojena)|-0,9 do -0,7|2 – 5|0,03 – 0,06|8 – 17|3,5× |
| Periodični katodni (10 min/dan, -0,9 V)|-0,9 tokom pulsa, -0,2 mirovanja |<1 (average over 24h) | 0.01 – 0.02 | 25 – 50 | 12× |
| Kontinuirana katodna (-0,9 V, 24/7)|-0,9 (konstantno) |<0.5 | 0.005 – 0.010 | 50 – 100 | 25× |
| Anodna zaštita (+0.5 V)|+0.4 do +0.6|15 – 25|0,18 – 0,25|2,0 – 2,8|0,7× |
Podaci pokazuju da periodična katodna zaštita smanjuje stopu korozije sa 0,15 mm/godišnje (osnovno) na ispod 0,02 mm/godišnje – smanjenje za više od 85%. Zidna cijev od 1,0 mm trajala bi otprilike 3-4 godine bez zaštite, ali prelazi 25 godina s periodičnom katodnom zaštitom.
**Zašto je 10 minuta svaka 24 sata dovoljno**
Učinak zaštite nije jednostavno proporcionalan vremenu primjene katodne struje. Proces korozije je elektrohemijski, a brzina anodnog rastvaranja tokom nezaštićenog perioda zavisi od stanja pasivnog filma nakon katodnog impulsa. Katodni puls od 10 minuta ne samo da potiskuje otapanje tokom tog perioda – on takođe smanjuje površinski oksid i uklanja sve produkte korozije koji bi inače katalizirali dalje otapanje. Nakon završetka impulsa, površina titana ostaje u "zaštićenom" stanju nekoliko sati jer je pasivni film tanji i stabilniji. Kumulativno anodno punjenje tokom 24 sata smanjeno je za otprilike 90-95% u poređenju sa stanjem bez zaštite, iako se katodna struja primjenjuje samo 0,7% vremena.
**Vodič za odabir na osnovu scenarija: Katodna zaštita za grijače za jetkanje KOH**
| Radni uvjeti|Koncentracija KOH|Temperatura|Preporučena šema zaštite|Očekivana stopa korozije (mm/godina)|Inženjersko opravdanje |
|--------------------|------------------|-------------|------------------------------|----------------------------------|----------------------------|
| Kontinuirano nagrizanje aluminijuma, dugoročna-pouzdanost|40%|95 stepeni|Periodično katodno, 10 min/dan na -0,9 V|0,01 – 0,02|85% smanjenje korozije; 40+ godina života |
| Povremeni rad (nedeljna isključenja)|40%|95 stepeni|Periodični katodni, 15 min/dan|0,01 – 0,02|Nešto duži puls za kompenzaciju efekata pokretanja |
| Niža temperatura (80 stepeni, smanjen napad)|40%|80 stepeni|Periodični katodni, 5 min/dan|0,01 – 0,02|Niža temperatura omogućava kraći puls |
| Budžet-ograničen, napajanje nije dostupno|40%|95 stepeni|Ništa (prihvati osnovnu liniju)|0,12 – 0,18|Prihvatljivo za kratkoročne-operacije |
| Kritična aplikacija (bez neplaniranih zastoja)|40%|95 stepeni|Kontinuirana katodna ili periodična + žrtvena anoda |<0.01 | Redundancy for maximum reliability |
**Praktična implementacija periodične katodne zaštite**
Za implementaciju periodične katodne zaštite potrebno je napajanje sposobno da isporuči katodnu struju (obično 0,5–1,0 mA/cm²) do titanijumskog grijača. Negativni terminal se povezuje sa grijačem, a pozitivni terminal se spaja na pomoćnu anodu (platinirani-niobijum ili grafit) uronjenu u otopinu. Potencijal se kontrolira na -0,9 V u odnosu na Ag/AgCl referentnu elektrodu. Programabilni tajmer uključuje zaštitu na 10 minuta svaka 24 sata. Sistem se može integrirati sa kontrolnom pločom grijača po cijeni od približno 1.000 do 2.000 dolara. Potrošnja energije je minimalna – otprilike 0,1–0,2 kWh dnevno za tipičan snop grijača od 2 m².
**Zaključak**
Za uranjajuće grijače od titanijuma 2 u 40% kalijum hidroksida, 5% rastvoru natrijum glukonata aluminijuma za jetkanje na 95 stepeni, periodična katodna zaštita (10 minuta na -0,9 V u odnosu na Ag/AgCl svaka 24 sata) smanjuje opštu stopu korozije na 0,1 mm/god. – smanjenje za više od 85%. Zidna cijev od 1,0 mm koja bi trajala 3-4 godine bez zaštite prelazi 25 godina s periodičnom zaštitom. Inženjeri koji specificiraju grijače od titana za uslugu alkalnog jetkanja trebali bi uključiti periodičnu katodnu zaštitu kako bi se drastično produžio vijek grijača, posebno za kontinuirane operacije gdje je vrijeme zastoja za zamjenu skupo. Ova strategija elektrohemijske zaštite pretvara komponentu ograničenu na koroziju u gotovo trajno rješenje za grijanje.
