Za kupke s kiselim pocinčavanjem (pH 3,5) na 55 stupnjeva, kako prisutnost fluoridnih iona iznad 50 ppm zahtijeva prelazak s titana na hastelloy?

Titan Grade 2, u većini slučajeva, upravlja kiselom otopinom za pocinčavanje - općenito na bazi klorida ili formulacijama sulfatnog klorida koji rade na pH 3,5 i 55 stupnjeva - što je donekle oštro okruženje. Međutim, mnogi suvremeni postupci pocinčavanja velikom brzinom dodaju ione fluorida ili fluoroborata za poboljšanje vodljivosti, povećanje snage izbacivanja ili aktiviranje supstrata koje je teško pločasti. Pri koncentracijama fluoridnih iona iznad 50 ppm, korozijsko ponašanje titana se iz temelja mijenja, što dovodi do brzog raspadanja pasivnog sloja i ravnomjernog napada koji može probušiti cijev grijača standardnog promjera za nekoliko tjedana. Ovaj članak daje kvantifikaciju granične koncentracije fluorida pri kojoj titan nije upotrebljiv i definira parametre prema kojima je Hastelloy C-276 ili C-22 potreban materijal za plašt grijača.

Mehanizam napada titana fluoridom
Titan ima izvrsnu otpornost na koroziju zbog svog stabilnog, prianjajućeg pasivnog filma TiO 2. Ovaj film napadaju ioni fluorida u kemijskoj reakciji otapanja. TiO 2 + 6F − + 4H + → TiF 6 2 − + 2H 2 O Heksafluorotitanatni spoj je topiv i stoga se pasivna prevlaka kemijski uklanja, a ne samo prodire. Kako se sloj otapa, metalni titan ispod njega je izložen kiseloj kupki i lako korodira. Napad fluorida je široko rasprostranjen i homogen, za razliku od lokaliziranog pitinga kloridima, gdje pasivna prevlaka između jama ostaje netaknuta.

Brzina otapanja pasivnog filma kontrolirana je s tri čimbenika: koncentracijom fluorida, pH i temperaturom. Kritična koncentracija fluorida za titan 2. stupnja je oko 30 ppm pri pH 3,5 i 55 stupnjeva. Kada je potencijal ispod 30 ppm, pasivni film se polako otapa, a stabilna-stanje debljine održava se repasivacijom. U rasponu od 30-50 ppm, otapanje filma premašuje repasivaciju i stopa korozije raste na 0,1-0,3 mm godišnje. Iznad 50 ppm film se ne može obnoviti i titan aktivno korodira stopama od 1-5 mm godišnje, ovisno o točnim uvjetima. Titan stupnja 2 će korodirati oko 3 mm godišnje u 100 ppm fluorida - dovoljno da se napravi rupa u cijevi od 1,65 mm sa stijenkom za šest do osam mjeseci.

Sinergija temperature i pH
Visoka temperatura eksponencijalno ubrzava napad fluorida. Na 55 stupnjeva i 50 ppm fluorida, stupanj 2 ima stopu korozije od oko 0,4 mm godišnje. Na 65 stupnjeva stopa se penje na 1,2 mm godišnje uz isti sadržaj fluorida. Kupelji za pocinčavanje koje rade na 55 stupnjeva već su blizu granice u smislu temperaturne osjetljivosti, a svako odstupanje od 60-65 stupnjeva može brzo povećati stopu napada.

Budući da se ioni vodika troše u slučaju otapanja, napad fluorida je gori pri niskom pH. Reakcija je umjerena pri pH 3,5. za pH 2,5 brzina je otprilike udvostručena za istu koncentraciju fluorida. Kupelji za pocinčavanje obično rade na pH 3,5-4,0, ali se mogu primijetiti lokalni padovi pH u blizini anode ili u zonama stagnacije.

I drugi, stupanj 7, legure titana
Titan stupnja 7 (Ti-0,15Pd) ima bolju otpornost na redukcijske kiseline, ali nije otporan na napad fluorida. Prisutnost paladija povećava kinetiku katodne reakcije i potiče pasivizaciju u kiselinama gdje je sačuvan pasivni film, ali ne može spriječiti kemijsko otapanje TiO2 fluoridnim ionima. Ispitivanja pokazuju da će stupanj 7 korodirati s oko 70% stope stupnja 2 u otopinama-koje sadrže fluorid - poboljšanje, ali nedovoljno da ponudi prihvatljiv vijek trajanja iznad 50 ppm fluorida. Na primjer, stupanj 2 će korodirati 0,8 mm godišnje na 55 stupnjeva i 75 ppm fluorida, a stupanj 7 će korodirati 0,5-0,6 mm godišnje. Oba su previsoka za zidnu cijev od 1,65 mm.

Hastelloy kao alternativa
Hastelloy legure na bazi nikla (C-276 i C-22) odolijevaju napadu fluorida drugačijim mehanizmom. Pasivni film na Hastelloy C-276 sadrži manje oksida nikla i kroma topivih u kiselini nego TiO2. Brzine korozije manje od 0,05 mm godišnje primijećene su za Hastelloy C-276 u 50-200 ppm fluorida pri pH 3,5 i 55 stupnjeva. Za fluorid od 100 ppm stopa je manja od 0,10 mm/god. Legura također pokazuje otpornost na piting klorida u kupkama za pocinčavanje.

Matrica primjene pocinčanog grijača
Uvjeti kupke Koncentracija fluorida (ppm) Preporučeni materijal plašta grijača Očekivana stopa korozije Procijenjeni vijek (stjenka 1,65 mm)
Standardni cink klorid (bez fluorida)<10 ppmGrade 2 titanium < 0.02 mm/year > 10 years
Nisko-paket aditiva fluora 10-30 ppm Titanij 2. stupnja, tjedni nadzor 0,03-0,08 mm/godišnje 5-10 godina
Umjereni fluor (standardni fluoroborat) 30-50 ppm Titan ili Hastelloy stupnja 7 0,10-0,25 mm/god 3-6 godina
Visok-fluorid (kupka velike brzine) 50-100 ppm Hastelloy C-276 0.05-0.10 8-12 godina mm/godišnje
Very high fluoride (>100 ppm) 100 do 500 ppm Hastelloy c-22 ili tantal 0,10-0,20 mm/god 5-8 godina
Zaključak specifikacije grijača za pocinčavanje
Zamjena materijala omotača uronjenog grijača s titana na Hastelloy je neophodna za fluoridne ione koji prelaze 50 ppm u kupkama za kiselo pocinčavanje pri pH 3,5 i 55 stupnjeva. Titan stupnja 2 je najisplativiji iznad 30 ppm fluorida. Titan stupnja 7 mogao bi pružiti dovoljan radni vijek u rasponu od 30 do 50 ppm ako se pažljivo prati, ali mnogi inženjeri preferiraju Hastelloy zbog pouzdanosti. Titan, u svim stupnjevima, neće uspjeti od nekoliko mjeseci do 2 godine ako sadržaj klorida prelazi 50 ppm. Koristite Hastelloy C-276 ili C-22. Kada naručujete grijače za linije za pocinčavanje, zatražite temeljitu analizu kemije kupke uključujući koncentraciju fluorida i odaberite materijal plašta prema najvišoj očekivanoj razini fluorida, a ne nominalnoj vrijednosti. Ovom proaktivnom tehnikom izbjegavaju se iznenadni prekidi grijanja koji zaustavljaju proizvodnju i zagađuju kupke za galvanizaciju.