Почему насосы из циркониевой керамики эффективно противостоят коррозии, вызываемой сильными-кислотными суспензиями?
Причина, по которой насос из циркониевой керамики может эффективно противостоять коррозии, вызванной суспензиями сильных кислот, заключается в внутренней структуре материала и химической инертности. Это не покрытие или обработка поверхности,-это фундаментальная блокировка механизмов коррозии изнутри наружу.
Во-первых, химические связи останавливают реакцию в ее источнике.
Коррозия в обычных металлических насосах возникает потому, что атомы металла легко теряют электроны и вступают в реакции замещения ионами водорода в кислоте. Цирконий, напротив, представляет собой кристаллическую фазу диоксида циркония, в которой атомы циркония и кислорода удерживаются вместе чрезвычайно стабильными ионными связями с очень высокой энергией связи. Оттягивание иона кислорода от атома циркония требует больших затрат энергии, намного превышающих те, которые может обеспечить сильная кислота химическим путем. В результате даже в сильнокислой суспензии циркониевая керамика остается термодинамически стабильной и просто не реагирует с кислотой.
Во-вторых, уникальная кристаллическая структура обеспечивает механизм-самоограничения повреждений.
В случае возникновения микроразрушений на поверхности в условиях высоких-напряжений диоксид циркония претерпит изменение, известное как трансформационное упрочнение, при котором его кристаллическая структура смещается от тетрагональной к моноклинной, при этом переход приводит к увеличению объема, что приводит к сжатию вершины трещины и прекращению процесса ее роста. Таким образом, этот материал обладает механизмом самовосстановления на микроуровне, позволяющим избежать растрескивания и сколов кромок. Например, при работе насоса, перекачивающего кислую смесь с твердыми частицами, насос подвергается коррозии и механическому разрушению. Такое ужесточение поведения имеет решающее значение. Хрупкая обычная керамика обычно начинает отслаиваться после удара частиц, постоянно обнажая новую поверхность, что приводит к гораздо более быстрой коррозии. С другой стороны, цирконий сохраняет поверхность и остается плотным, не-реактивным барьером.
В-третьих, поверхность обладает высокой гидрофобностью, что сокращает время контакта.
Полностью уплотненная циркониевая керамика спекается практически без пористости и имеет низкую поверхностную энергию. Сильнокислая суспензия имеет тенденцию быстро образовываться и сбрасываться с поверхности, а не растекаться и постоянно смачивать ее. Это еще больше сокращает время выдержки и площадь контакта внутри насоса.
Конечным результатом является сочетание коррозионной стойкости, износостойкости и высокой прочности. Пластиковые насосы выдерживают сильные кислоты, но не справляются с абразивным износом от твердых частиц. Насосы из металлических сплавов могут обладать высокой твердостью, но при воздействии сильных кислот и повышенных температур они остаются уязвимыми для межкристаллитной коррозии. Насосы из металлических сплавов имеют преимущество твердости; однако межкристаллитная коррозия может поразить их в сильнокислой среде при высоких температурах. Насосы из циркониевой керамики предлагают решение этой проблемы изоляции, поскольку они устойчивы к кислотам и не подвержены влиянию абразивных твердых веществ, что делает их хорошим выбором для высококоррозионных и абразивных сложных жидкостей, которые обычно встречаются в шахтах и химических реакторах.
Одно важное предостережение: чистый диоксид циркония не выдерживает воздействие плавиковой кислоты, поскольку ионы фтора напрямую захватывают атомы циркония, образуя растворимые комплексы. Это явная слабость. Если технологический поток содержит плавиковую кислоту, необходимо проверить состав и рассмотреть альтернативный материал.
