کاربرد مواد تیتانیوم در شیمی

در صنایع شیمیایی برخی از کشورهای پیشرفته سرمایه داری، علاوه بر استفاده از درجات مختلف تیتانیوم خالص صنعتی، آلیاژ Ti~0.2%Pd (زیر 5%) نیز کاربرد فراوانی دارد.

برخی افراد تصور می کنند که استفاده از ورق تیتانیوم درجه 5 مقاوم در برابر خوردگی بسیار مهم و امیدوار کننده در ساخت تجهیزات تحت فشار، سانتریفیوژهای پرسرعت و قطعات جداکننده است. کارهای زیادی در این زمینه در حال انجام است.

ورق تیتانیوم درجه 5یک فلز بسیار مقاوم در برابر خوردگی است. داده های ترمودینامیکی تیتانیوم نشان می دهد که تیتانیوم یک فلز ترمودینامیکی بسیار ناپایدار است. اگر بتوان تیتانیوم را برای تولید Ti2+ حل کرد، پتانسیل الکترود استاندارد آن بسیار منفی است (-1.63V) و سطح آن همیشه با یک فیلم اکسید غیرفعال پوشیده شده است. به این ترتیب، پتانسیل پایدار تیتانیوم به طور پایدار به یک مقدار مثبت بایاس می شود، به عنوان مثال، پتانسیل پایدار تیتانیوم در آب دریا در دمای 25 درجه حدود +0.09V است. در کتاب های راهنمای شیمی و کتاب های درسی، پتانسیل های الکترود استاندارد مربوط به یک سری واکنش های الکترود تیتانیوم را می توان به دست آورد. شایان ذکر است که در واقع این داده‌ها مستقیماً اندازه‌گیری نمی‌شوند، بلکه اغلب فقط می‌توانند از داده‌های ترمودینامیکی محاسبه شوند و به دلیل منابع داده‌های مختلف، ممکن است داده‌های متفاوتی برای چندین واکنش الکترودی مختلف ظاهر شود که ممکن است در یک زمان بیان شوند. عجیبه

داده های پتانسیل الکترود واکنش الکترود تیتانیوم نشان می دهد که سطح آن بسیار فعال است و معمولاً همیشه با یک فیلم اکسیدی پوشیده شده است که به طور طبیعی در هوا تولید می شود. بنابراین، مقاومت عالی در برابر خوردگی تیتانیوم از این واقعیت ناشی می شود که همیشه یک لایه اکسیدی پایدار، بسیار چسبنده و به ویژه محافظ روی سطح تیتانیوم وجود دارد. در واقع، این پایداری این فیلم اکسید طبیعی است که مقاومت به خوردگی تیتانیوم را تعیین می کند. مقاومت در برابر خوردگی از جمله میله های تیتانیوم تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم، سیم های تیتانیوم، صفحات تیتانیوم و غیره دارای مقاومت در برابر خوردگی قوی هستند، البته مقاومت در برابر خوردگی مارک های مختلف متفاوت است، در مطالب قبلی وب سایت به آن اشاره کردیم. امروز زیاد نگو از نظر تئوری، نسبت P/B یک فیلم اکسید محافظ باید بیشتر از 1 باشد. اگر کمتر از 1 باشد، فیلم اکسید نمی تواند به طور کامل سطح فلز را بپوشاند، بنابراین نمی توان نقش محافظ را ایفا کرد. اگر این نسبت بیش از حد بزرگ باشد، تنش فشاری در لایه اکسیدی به همان نسبت افزایش می‌یابد که به راحتی باعث پارگی لایه اکسید و محافظت از آن نمی‌شود. نسبت P/B تیتانیوم بسته به ترکیب و ساختار فیلم اکسیدی بین 1 تا 2.5 است. از این نقطه اساسی تجزیه و تحلیل، فیلم اکسید تیتانیوم می تواند عملکرد حفاظتی بهتری داشته باشد.

هنگامی که سطح تیتانیوم در معرض اتمسفر یا محلول آبی قرار می گیرد، بلافاصله یک فیلم اکسید جدید به طور خودکار تشکیل می شود. به عنوان مثال، ضخامت لایه اکسیدی در جو در دمای اتاق 1.2 تا 1.6 نانومتر است و با گذشت زمان ضخیم می شود. پس از 70 روز، به طور طبیعی به 5 نانومتر ضخیم می شود. پس از 545 روز، به تدریج به 8 تا 9 نانومتر افزایش یافت. تقویت مصنوعی شرایط اکسیداسیون (مانند گرم کردن، استفاده از اکسیدان ها یا اکسیداسیون آندی و غیره) می تواند رشد فیلم اکسید سطحی را تسریع کند و فیلم اکسید ضخیم تری به دست آورد و در نتیجه مقاومت به خوردگی تیتانیوم را بهبود بخشد. بنابراین، فیلم اکسید تشکیل شده توسط اکسیداسیون آندی و اکسیداسیون حرارتی به طور قابل توجهی مقاومت به خوردگی تیتانیوم را بهبود می بخشد. اکنون مشتریان ما محصولات مشابه بسیاری را با میله تیتانیوم و سیم تیتانیوم ما ساخته اند که نشان می دهد این یک راه عملی است.

از آنجایی که تیتانیوم یک فلز نسبتاً گران است، باید از آن به عنوان ماده پوششی برای تجهیزات فولادی استفاده شود. این شرکت در حال حاضر تجربه تولید تجهیزات با پوشش تیتانیوم با قطر 3.6 متر و طول 20 متر را دارد. با توجه به مقادیر متفاوت ضریب انبساط حرارتی تیتانیوم و فولاد، طول یک برج منفرد نباید بیش از 2 متر باشد. به همین دلیل نمی توان از این روش در جاهایی که دما به طور دوره ای تغییر می کند استفاده کرد. با توجه به شکاف کوچک بین پوسته فولادی و پوشش تیتانیوم تجهیزات با پوشش تیتانیوم، چنین تجهیزاتی نباید در محیط های خلاء و انتقال حرارت استفاده شوند.

تجهیزات فشار بالا و دمای بالا را می توان از فولاد روکش شده با تیتانیوم 2 میلی متری ساخت.

برخی از شرکت ها در ایالات متحده و آلمان غربی از جوشکاری انفجاری برای تولید صفحات فولادی تیتانیوم و لوله های فولادی با پوشش تیتانیوم استفاده می کنند. حداکثر اندازه این صفحه با پوشش تیتانیوم 2.5 متر و مقاومت برشی لایه پوشش داده شده با تیتانیوم حدود 250 MN/m2 (حداقل مقاومت برشی MN/m2 140 است). این لایه بیشتر از تیتانیوم خالص یا آلیاژ تیتانیوم پالادیوم ساخته شده است.

طراحی و استفاده از لوله های تیتانیومی نشان داده است که در شرایط دمای پایین و قطر لوله کوچک، استفاده از لوله های تیتانیومی مقرون به صرفه تر و قابل اعتمادتر از استفاده از لوله های با پوشش تیتانیوم است. با این حال، برای لوله های با قطر بیشتر از 500 میلی متر، استفاده از لوله های با پوشش تیتانیوم سودمندتر است.

سازه‌های یکپارچه تیتانیوم، از جمله ستون‌هایی برای استفاده در دمای بالا و K بالا (زیر ۲۵۰ درجه)، اخیراً مورد توجه ویژه‌ای قرار گرفته‌اند. تجربه در ساخت تجهیزات تیتانیوم با ضخامت دیواره تا 25 میلی متر به دست آمده است.

استفاده از لوله های تیتانیوم جوش داده شده عامل مهمی در کاهش هزینه تجهیزات تبادل حرارت است. بر اساس اطلاعات منتشر شده توسط شرکت آمریکایی تیتانیوم که لوله های تیتانیوم جوش داده شده را تولید می کند، قیمت لوله های تیتانیوم جوشی 20 درصد ارزان تر از لوله های تیتانیوم بدون درز است.

لوله های تیتانیوم جدار نازک مخصوص مبدل های حرارتی تولید می شوند. برای اجرای خطوط لوله در ژاپن، علاوه بر تولید لوله‌های با قطر 6×300 میلی‌متر، اتصالات استاندارد با شکل خاص را نیز تولید می‌کند: لوله‌های سه راهی، شیرهای 90 و 45 و لوله‌های با قطرهای مختلف با کالیبرهای مختلف.

لوله های با دیواره ضخیم تر در مبدل های حرارتی فقط در مواقع ضروری در کشورهای سرمایه داری استفاده می شود. به عنوان مثال برای مبدل حرارتی لوله ای با فشار طراحی 10 مگاپاسکال در فضای بین لوله و فشار تست حدود 14 مگاپاسکال، یک لوله تیتانیومی بدون درز با قطر 05/19 میلی متر و ضخامت دیواره 8/1 میلی متر تعبیه شده است.

مشاهده می شود که در کشورهای توسعه یافته سرمایه داری مانند ایالات متحده، کانادا، ژاپن و کشورهای اروپای غربی، ویژگی های کاربرد ورق تیتانیوم درجه 5 در صنایع شیمیایی به شرح زیر است: ریخته گری با شکل خاص و آلیاژ تیتانیوم Ti. ~0.2 با مقاومت در برابر خوردگی بهتر %Pd; استفاده از تجهیزات فولادی با پوشش تیتانیوم یا پوشش داده شده با صفحات تیتانیوم نازک. به طور گسترده ای استفاده از مبدل های حرارتی صفحه ای را ترویج می کند. از لوله های تیتانیوم جدار نازک در مبدل های حرارتی لوله استفاده کنید و از صفحات تیتانیوم نازک در تجهیزات و قطعات استفاده کنید.