การประยุกต์วัสดุไทเทเนียมในวิชาเคมี

ในอุตสาหกรรมเคมีของประเทศทุนนิยมที่พัฒนาแล้วบางประเทศ นอกเหนือจากการใช้ไทเทเนียมบริสุทธิ์ทางอุตสาหกรรมเกรดต่างๆ แล้ว โลหะผสม Ti~0.2%Pd (ต่ำกว่า 5%) ยังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายอีกด้วย

บางคนคิดว่าการใช้แผ่นไทเทเนียมเกรด 5 ที่ทนต่อการกัดกร่อนที่มีความแข็งแรงสูงเป็นสิ่งสำคัญมากและมีแนวโน้มในการผลิตอุปกรณ์แรงดัน เครื่องหมุนเหวี่ยงความเร็วสูง และชิ้นส่วนตัวแยก มีงานมากมายเกิดขึ้นในพื้นที่นี้

แผ่นไทเทเนียมเกรด 5เป็นโลหะที่ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีมาก ข้อมูลทางอุณหพลศาสตร์ของไทเทเนียมแสดงให้เห็นว่าไทเทเนียมเป็นโลหะที่ไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์อย่างยิ่ง หากไทเทเนียมสามารถละลายเพื่อสร้าง Ti2+ ได้ ค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของอิเล็กโทรดจะเป็นลบมาก (-1.63V) และพื้นผิวของไทเทเนียมจะถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์แบบพาสซีฟเสมอ ด้วยวิธีนี้ ศักยภาพที่เสถียรของไทเทเนียมจึงมีความเอนเอียงอย่างคงที่เป็นค่าบวก ตัวอย่างเช่น ศักยภาพที่เสถียรของไทเทเนียมในน้ำทะเลที่ 25 องศาคือประมาณ +0.09V ในคู่มือเคมีและตำราเรียน สามารถรับศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานที่สอดคล้องกับปฏิกิริยาอิเล็กโทรดไทเทเนียมชุดหนึ่งได้ เป็นที่น่าสังเกตว่าในความเป็นจริง ข้อมูลเหล่านี้ไม่ได้วัดโดยตรง แต่มักจะคำนวณได้จากข้อมูลทางอุณหพลศาสตร์เท่านั้น และเนื่องจากแหล่งข้อมูลที่แตกต่างกัน ข้อมูลที่แตกต่างกันอาจปรากฏขึ้นสำหรับปฏิกิริยาอิเล็กโทรดที่แตกต่างกันหลายอย่างที่อาจแสดงออกในเวลาเดียวกัน แปลก.

ข้อมูลศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดของปฏิกิริยาอิเล็กโทรดของไทเทเนียมแสดงให้เห็นว่าพื้นผิวของไทเทเนียมมีความว่องไวมากและมักจะถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในอากาศเสมอ ดังนั้นความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมของไททาเนียมจึงเกิดจากการที่พื้นผิวของไททาเนียมจะมีฟิล์มออกไซด์ที่มีความเสถียร มีการยึดเกาะสูง และมีการป้องกันเป็นพิเศษ ในความเป็นจริง ความคงตัวของฟิล์มออกไซด์ตามธรรมชาติจะเป็นตัวกำหนดความต้านทานการกัดกร่อนของไทเทเนียม ความต้านทานการกัดกร่อน ได้แก่ แท่งไทเทเนียมไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียม ลวดไทเทเนียม แผ่นไทเทเนียม ฯลฯ มีความต้านทานการกัดกร่อนที่แข็งแกร่ง แน่นอนว่าความต้านทานการกัดกร่อนของแบรนด์ต่างๆ นั้นแตกต่างกัน เราได้กล่าวถึงในเนื้อหาก่อนหน้าของเว็บไซต์ อย่างไรก็ตาม ฉันจะ' วันนี้ไม่พูดมาก ตามทฤษฎีแล้ว อัตราส่วน P/B ของฟิล์มป้องกันออกไซด์จะต้องมากกว่า 1 หากน้อยกว่า 1 ฟิล์มออกไซด์จะไม่สามารถปกคลุมพื้นผิวโลหะได้ทั้งหมด ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะมีบทบาทในการป้องกัน หากอัตราส่วนนี้สูงเกินไป ความเค้นอัดในฟิล์มออกไซด์จะเพิ่มขึ้นตามลำดับ ซึ่งจะทำให้ฟิล์มออกไซด์แตกง่ายและไม่สามารถป้องกันได้ อัตราส่วน P/B ของไทเทเนียมอยู่ระหว่าง 1 ถึง 2.5 ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและโครงสร้างของฟิล์มออกไซด์ จากจุดวิเคราะห์พื้นฐานนี้ ฟิล์มออกไซด์ของไทเทเนียมสามารถมีประสิทธิภาพการป้องกันที่ดีกว่า

เมื่อพื้นผิวของไทเทเนียมสัมผัสกับบรรยากาศหรือสารละลายที่เป็นน้ำ ฟิล์มออกไซด์ใหม่จะถูกสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติทันที ตัวอย่างเช่น ความหนาของฟิล์มออกไซด์ในบรรยากาศที่อุณหภูมิห้องคือ 1.2~1.6 นาโนเมตร และจะข้นขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป หลังจากผ่านไป 70 วัน มันจะหนาขึ้นตามธรรมชาติเป็น 5 นาโนเมตร หลังจากผ่านไป 545 วัน จะค่อยๆ เพิ่มขึ้นเป็น 8~9 นาโนเมตร การเพิ่มสภาวะออกซิเดชันโดยไม่ตั้งใจ (เช่น การให้ความร้อน การใช้สารออกซิไดซ์หรือออกซิเดชันขั้วบวก ฯลฯ) สามารถเร่งการเติบโตของฟิล์มออกไซด์ที่พื้นผิวและได้ฟิล์มออกไซด์ที่หนาขึ้น ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของไทเทเนียม ดังนั้นฟิล์มออกไซด์ที่เกิดจากออกซิเดชันขั้วบวกและออกซิเดชันความร้อนจะช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของไทเทเนียมได้อย่างมาก ขณะนี้ลูกค้าของเราได้ทำผลิตภัณฑ์ที่คล้ายกันมากมายโดยใช้แท่งไทเทเนียมและลวดไทเทเนียมของเรา ซึ่งแสดงให้เห็นว่านี่เป็นวิธีที่เป็นไปได้

เนื่องจากไทเทเนียมเป็นโลหะที่มีราคาค่อนข้างแพง จึงควรใช้เป็นวัสดุซับในสำหรับอุปกรณ์เหล็ก มีประสบการณ์ในการผลิตอุปกรณ์เคลือบไทเทเนียมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3.6 เมตร และยาว 20 เมตรแล้ว เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของไทเทเนียมและเหล็กกล้าที่แตกต่างกัน ความยาวของส่วนหอคอยเดี่ยวจะต้องไม่เกิน 2 เมตร ด้วยเหตุผลเดียวกัน จึงไม่สามารถใช้วิธีนี้ได้เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงเป็นระยะๆ เนื่องจากช่องว่างเล็กๆ ระหว่างเปลือกเหล็กและซับในไทเทเนียมของอุปกรณ์ที่บุด้วยไทเทเนียม จึงไม่ควรใช้อุปกรณ์ดังกล่าวในสภาพแวดล้อมสุญญากาศและการถ่ายเทความร้อน

อุปกรณ์แรงดันสูงและอุณหภูมิสูงสามารถทำจากเหล็กหุ้มด้วยไทเทเนียมหนา 2 มม.

บริษัทบางแห่งในสหรัฐอเมริกาและเยอรมนีตะวันตกใช้การเชื่อมด้วยระเบิดเพื่อผลิตแผ่นเหล็กไทเทเนียมและท่อเหล็กหุ้มไทเทเนียม ขนาดสูงสุดของแผ่นเคลือบไทเทเนียมนี้คือ 2.5 เมตร และค่าแรงเฉือนของชั้นเคลือบไทเทเนียมคือประมาณ 250 MN/m2 (ค่าแรงเฉือนขั้นต่ำคือ 140 MN/m2) ชั้นนี้ส่วนใหญ่ทำจากไทเทเนียมบริสุทธิ์หรือโลหะผสมไทเทเนียม-แพลเลเดียม

การออกแบบและการใช้ท่อไทเทเนียมแสดงให้เห็นว่าภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำและเส้นผ่านศูนย์กลางท่อเล็ก การใช้ท่อไทเทเนียมจะประหยัดและเชื่อถือได้มากกว่าการใช้ท่อที่มีการเคลือบไทเทเนียม อย่างไรก็ตาม สำหรับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 500 มม. การใช้ท่อเคลือบไททาเนียมจะมีประโยชน์มากกว่า

โครงสร้างเสาหินไทเทเนียม รวมถึงเสาสำหรับใช้งานที่ K สูงและอุณหภูมิสูง (ต่ำกว่า 250 องศา) กำลังได้รับความสนใจเป็นพิเศษเมื่อเร็ว ๆ นี้ ได้รับประสบการณ์ในการผลิตอุปกรณ์ไทเทเนียมที่มีความหนาของผนังสูงสุด 25 มม.

การใช้ท่อไทเทเนียมแบบเชื่อมเป็นปัจจัยสำคัญในการลดต้นทุนของอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน ตามข้อมูลที่เผยแพร่โดย American Titanium Corporation ซึ่งเป็นผู้ผลิตท่อไทเทเนียมแบบเชื่อม ราคาของท่อไทเทเนียมแบบเชื่อมนั้นถูกกว่าท่อไทเทเนียมไร้ตะเข็บถึง 20%

ท่อไทเทเนียมผนังบางผลิตขึ้นเป็นพิเศษสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อที่จะวางท่อในญี่ปุ่น นอกเหนือจากการผลิตท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 6×300 มม. แล้ว ยังผลิตข้อต่อรูปทรงพิเศษมาตรฐานด้วย เช่น ท่อที ก๊อก 90 และ 45 และท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกันที่มีขนาดต่างกัน

ท่อที่มีผนังหนากว่าจะใช้ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเฉพาะเมื่อจำเป็นจริงๆ ในประเทศทุนนิยมเท่านั้น ตัวอย่างเช่น สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อที่มีแรงดันการออกแบบ 10 MPa ในพื้นที่ระหว่างท่อและแรงดันทดสอบประมาณ 14 MPa จะมีการติดตั้งท่อไทเทเนียมไร้ตะเข็บที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 19.05 มม. และความหนาของผนัง 1.8 มม.

จะเห็นได้ว่าในประเทศทุนนิยมที่พัฒนาแล้ว เช่น สหรัฐอเมริกา แคนาดา ญี่ปุ่น และประเทศในยุโรปตะวันตก ลักษณะการใช้งานของแผ่นไทเทเนียมเกรด 5 ในอุตสาหกรรมเคมีมีดังนี้ การหล่อรูปทรงพิเศษที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย และโลหะผสมไทเทเนียม Ti ~0.2 มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีกว่า %Pd; ใช้อุปกรณ์เหล็กที่บุด้วยไทเทเนียมหรือเคลือบด้วยแผ่นไทเทเนียมบาง ๆ ส่งเสริมการใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นอย่างกว้างขวาง ใช้ท่อไทเทเนียมผนังบางในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อ และใช้แผ่นไทเทเนียมบางในอุปกรณ์และส่วนประกอบ