Za kromirane spremnike koji rade na 60 stupnjeva s visokom gustoćom struje, koja površinska obrada od titana (kiseljena, polirana ili pjeskarena) najbolje podnosi galvanski napad?

Kromirani spremnik pruža vrlo agresivno elektrokemijsko okruženje za uronjenu opremu za grijanje. Kupka obično sadrži 250-400 g/L kromne kiseline (CrO₃) s omjerom sulfatnog katalizatora od 100:1, radi na 55-65 stupnjeva i podvrgnuta je visokoj gustoći struje (20-60 A/dm²) tijekom procesa metalizacije. Titanijske cijevi za grijanje često se koriste u ovoj službi zbog njihove otpornosti na oksidirajuću kromnu kiselinu. Međutim, određeni način kvara, galvanski napad, može se dogoditi kada je površina titana izložena lutajućim strujama iz ispravljača za oplatu ili kada formira lokalne elektrokemijske ćelije s drugim metalnim komponentama. Galvanski napad na grijače od titana posebno je osjetljiv na završnu obradu površine koja se koristi tijekom proizvodnje, za razliku od homogene korozije ili rupičaste korozije. Pikirani, polirani i pjeskareni završni slojevi daju prilično raznolika površinska oksidna svojstva, stabilnost pasivnog filma i elektrokemijsku aktivnost u otopinama kromne kiseline. Ovaj članak analizira otpornost na galvansku koroziju svake površinske obrade titana u okolnostima kromiranja i utvrđuje koja završna obrada nudi najduži životni vijek kada grijači moraju raditi s strujama visoke gustoće.

Galvanski mehanizam u medijima s kromnom kiselinom
Opisana su dva mehanizma galvanskog napada titanskih grijaćih cijevi u kromiranim spremnicima. Prvi se sastoji od izravnog električnog kontakta između titana i više katodnog metala, obično olova ili anoda od-legura olova koje se koriste u kromiranju, ili stijenke spremnika od nehrđajućeg čelika. Kada se ti različiti metali električno spoje elektrolitom kupke, titan postaje anoda i otapa se ubrzanom brzinom. Drugi mehanizam je uzrokovan lutajućim strujama plating ispravljača. Kromiranje koristi katode obradaka i olovne anode. Bilo koja neizolirana vodljiva površina u spremniku može pokupiti lutajuću struju, što može dovesti do anodnog otapanja (ako služi kao anoda) ili razvijanja vodika i moguće krtosti (ako djeluje kao katoda). kod kromne kiseline titan nije na istom položaju galvanskog niza kao u neutralnom ili redukcijskom mediju. Titan ima vrlo stabilan pasivni film i ponaša se kao plemeniti metal (poput platine u nekim elektrokemijskim mjerenjima) u oksidirajućoj kromnoj kiselini (koncentracija Cr6+ preko 200 g/L, redoks potencijal preko +1.2 V u odnosu na SHE). Međutim, ovo je plemenita karakteristika koja titan čini katodnim prema većini drugih materijala uključujući olovo, nehrđajući čelik i ugljični čelik. U kontaktu s tim metalima titan je zaštićen i metal u kontaktu trpi koroziju - suprotno od slane vode.

Problem nastaje za titanske grijače kada lokalne varijacije u debljini ili sastavu površinskog oksida stvaraju galvanske ćelije između različitih područja iste titanske cijevi. Na primjer, pjeskarena površina ima ne-jednoliki mehanički oštećeni oksidni sloj s područjima napetog metala i ugrađenim abrazivnim česticama. Umjesto toga, glatka, kemijski ujednačena ploča TiO2 predstavlja poliranu površinu. U prisutnosti lutajućih struja ili lokaliziranih gradijenata potencijala, manje zaštićena područja nehomogene površine mogu ponajprije korodirati. Masa titana savršeno je pasivna, ali ova samo-galvanska korozija može probušiti stijenku grijača pri kromiranju za nekoliko mjeseci.

Stabilnost oksida i karakteristike završne obrade površine
Pikirane titanijske površine dobivaju se uranjanjem u miješanu kiselu otopinu, obično 10-20% HNO{sub 3}+1-3% HF na 30-50 stupnjeva tijekom 2-10 minuta. Dekapiranjem se uklanja alpha-case sloj (površinski sloj kontaminiran kisikom nastao tijekom vruće obrade ili žarenja) i rezultira jednolično urezanom mat sivom površinom s kontroliranom hrapavošću (Ra 0,8-1,6 µm). Ispravno dekapirana površina titana ima tanku (5-10 nm) oksidnu prevlaku koja je stehiometrijski TiO2 i bez ugrađenih nečistoća. Dekapirane površine imaju konstantan potencijal otvorenog kruga od +0.8 do +1.1 V u odnosu na SCE i gustoću pasivne struje od<0.01 mA/cm2 for chrome plating service.

Polirane površine od titana mehanički su brušene progresivno finijim abrazivima do zrcalnog izgleda (Ra 0,1–0,4 µm). Poliranjem se dobiva vrlo glatka površina s gustim oksidnim slojem bez oštećenja. Međutim, mehaničko poliranje može izazvati zaostala tlačna naprezanja i može ugraditi sub-mikronske abrazivne čestice (aluminijev oksid ili silicijev karbid) u površinu. Polirani titan u kromnoj kiselini pokazuje najplemenitije potencijale otvorenog -strujnog kruga (+1.0 do +1.2 V u odnosu na SCE) i najniže gustoće pasivne struje (ispod 0,005 mA/cm²). Polirani titan je vrlo plemenit stoga čini izvrsnu katodu kada se spoji s drugim metalima. Međutim, površinska homogenost polirane cijevi znači da je samo-galvanska korozija između različitih dijelova cijevi niska.

Pjeskarene površine od titana formiraju se udaranjem (aluminijev oksid, silicij karbid ili staklene kuglice) abrazivnog medija velikom brzinom. Pjeskarenje rezultira hrapavom i-očvrslom površinom (Ra 2,0-5,0 µm) s ugrađenim abrazivnim komadićima, poderanim metalnim površinama i visoko deformiranim oksidnim slojem. Oksid na pjeskarenom titanu nije kontinuirani pasivni film već mješavina TiO_2, suboksida (TiO, Ti_2O_3) i golog titana na dnu udarnih kratera. Potencijali otvorenog kruga pjeskarenih površina u kromnoj kiselini uvelike variraju (-0,2 do +0.6 V u odnosu na SCE) ovisno o stupnju deformacije i mediju zarobljenom u površini. Gustoća pasivne struje često je 10 do 100 puta veća od one na dekapiranim ili poliranim površinama, što ukazuje da se aktivno otapanje događa na mjestima gdje oksidni film nije potpun.

Mjerenja gustoće galvanske struje
Elektrokemijsko ispitivanje kontrolirano ampermetrom s nultim{0}}otporom (ZRA) omogućuje kvantitativnu usporedbu galvanskih tendencija između različitih površinskih obrada i u odnosu na druge metale. Galvanske struje su izmjerene između uzoraka titana (površine 10 cm²) i drugih uobičajenih materijala spremnika pod uvjetima kupelji za kromiranje (250 g/L CrO₃, 2,5 g/L H₂SO₄, 60 stupnjeva):

Pikirani titan povezan s olovnim anodama (najčešći kontakt s različitim metalima u kromiranim spremnicima) pokazuje gustoću galvanske struje od 0,02 mA/cm² na površini titana – beznačajno i malo je vjerojatno da će uzrokovati primjetan gubitak titana tijekom petogodišnjeg razdoblja. Polirani titan pretvoren u olovo daje 0,01 mA/cm2, također malo. Pjeskareni titan povezan s olovom, pri čemu je titan anoda, iznosi 0,25 mA/cm2. Trenutna gustoća pretvara se u stopu otapanja titana od oko 0,15 mm godišnje što je dovoljno za stanjivanje stijenke cijevi od 1,65 mm do perforacije za 5-7 godina.

Galvanska struja od 0,03 mA/cm2 izmjerena je kada je kiseli titan spojen na stijenke spremnika od nehrđajućeg čelika (tip 316L). Titan je blago katodan (zaštićen), a nehrđajući čelik anodan. Polirani titan dao je 0,02 mA/cm2. Pjeskareni titan daje 0,08 mA/cm2, titan je anoda na lokalnim aktivnim točkama i dolazi do pitting-tipa napada.

Najteža galvanska stanja za grijače od titana uzrokovana su lutajućim strujama ispravljača. Kada se slučajno spoji, pomoćna katoda grijača (npr. put uzemljenja koji dovršava strujni krug do negativnog terminala ispravljača) uzrokuje razvijanje vodika na površini titana. Razvijanje vodika na dekapiranom titanu počinje pri oko -0,6 V u odnosu na SCE i snažno je pri potencijalima ispod -0,8 V. Apsorbirani vodik uzrokuje krtost, ali ne i trenutno probijanje stijenke. Evolucija vodika počinje pri manje negativnih potencijala (–0,4 V u odnosu na SCE) za pjeskareni titan i praćena je ljuštenjem deformiranog površinskog sloja, izlažući svježi titan koji brzo apsorbira vodik. Za katodnu-polarizaciju, hidridni slojevi stvaraju se za 100 sati na pjeskarenim površinama, a zatim pucaju i pucaju.

Matrica za odabir površine kromiranih grijača
Sljedeća tablica je potpuni vodič za odabir na temelju konfiguracije spremnika, metode uzemljenja ispravljača i predviđenog vijeka trajanja grijača.

Konfiguracija spremnika i radni uvjeti Preporučena obrada površine od titana Debljina stijenke (mm) Obrazloženje i očekivani radni vijek
Instalacija izoliranog grijača Zasebno uzemljenje za ispravljač Nema izravne električne veze s anodama/katodama Piklirano (Normalno) 1,2-1,65 mm Piklirana površina daje stabilan pasivni film s malom samogalvanskom aktivnošću. Vijek trajanja je obično 5-8 godina.
Grijač prirubnicom spojen na spremnik od nehrđajućeg čelika, zajedničko uzemljenje s ispravljačem za oplatu. 1,5-1,65 mm polirano. Glatka površina smanjuje galvansku vezu s nehrđajućim čelikom; Veća otmjenost smanjuje . 6-10-godišnji vijek trajanja zalutale struje.
Grijač na istoj sabirnici kao i olovne anode (električno spojene) Polirana 1,65-2,0 mm Polirana površina je plemenita katoda, koja štiti grijač nauštrb životnog vijeka anode; prikladno ako je predviđena potrošnja anode.
Loš spremnik za kontrolu lutajuće struje Čest kontakt između grijača i izratka Piklirano + električna izolacija (PTFE čahure) 1,65 mm Završna obrada površine manje je potrebna s odgovarajućom izolacijom; ukiseljeno je ekonomično; zamijenite ako ogrebotine otkrivaju goli metal.
Spremnik visoke agitacije s abrazivnom maglicom kromne kiseline (potencijal erozije čestica) Pjeskaren (namjerno) 2,0 mm ili više Prihvatite smanjeni galvanski vijek (3-5 godina) za prianjanje premaza. Pjeskarenje je opravdano samo za mehaničko prianjanje premaza.
Retrofit spremnika s nepoznatim uvjetima uzemljenja. Polirana 1,65 mm Polirana površina nudi najveću marginu protiv galvanskog napada nepoznatih lutajućih struja. Provjerite nakon šest mjeseci.
Praktične implikacije za specifikaciju grijača
Kvaliteta površine titanskog uronjenog grijača nije samo estetsko pitanje, već faktor galvanske kompatibilnosti s okolinom kromiranog spremnika. Pikirani završni slojevi, uobičajeni u industriji za većinu komponenti od titana, prikladni su za instalacije grijača koje su ispravno uzemljene i električno odvojene, i u kojima je jedina galvanska veza kroz pasivni kontakt s kupkom. Međutim, za grijače uzemljene s pločastim ispravljačima, za montažne prirubnice u kontaktu sa stijenkama spremnika od nehrđajućeg čelika, ili kada postoji strah od lutajućih struja, polirana završna obrada daje mjerljivo poboljšanje galvanskog otpora. Veća plemenitost i prividna ujednačenost poliranog titana smanjuju pokretačku silu za galvansko spajanje i broj aktivnih mjesta za lokalizirani napad.

Izbjegavajte pjeskarene završne slojeve za kromiranje osim ako to nije posebno potrebno za prianjanje premaza (npr. PTFE premazi za smanjenje povlačenja-kromne kiseline). Mehanička oštećenja i zarobljeni abrazivi rezultiraju ne-ujednačenom, elektrokemijski aktivnom površinom koja podržava galvanske struje 5-20 puta veće od dekapiranih ili poliranih površina. Grijači od pjeskarenog titana u kromiranim kupkama otkazali su zbog galvanske perforacije za samo 18 mjeseci, u usporedbi sa 7-10 godina za polirane grijače u istom servisu.

Zaključak za inženjere kromiranja
U slučaju naručivanja titanskih grijaćih cijevi za kromirane spremnike koji rade na 60 stupnjeva i velikim gustoćama struje, kada električna izolacija od strujnog kruga oplate nije zajamčena, najbolja kvaliteta površine koju je potrebno navesti je polirana (zrcalna završna obrada, Ra Manji od ili jednak 0,4 µm). Pronađeni su najplemenitiji potencijali otvorenog kruga poliranih površina, najniže pasivne struje i najbolja otpornost na dezintegraciju uzrokovanu lutajućim strujama. Pikirani završni sloj (Ra 0,8-1,6 µm) pruža jednak vijek trajanja uz smanjenu cijenu za potpuno izolirane sustave grijača s namjenskim uzemljenim rutama i bez kontakta s anodama ili stjenkama spremnika. Završne obrade s pjeskarenjem ne preporučuju se za bilo kakve primjene kromiranja zbog njihove visoke galvanske aktivnosti i brzih stopa kvarova. Standardni komercijalni grijači od titana obično se isporučuju s promjenjivom završnom obradom (mlinsko žareno ili vučeno) koja možda nije odgovarajuća za uslugu kromiranja. Inženjeri bi trebali posebno istaknuti površinsku obradu u dokumentima o nabavi. Specifikacija polirane površine dodaje 10-15% na cijenu grijača, ali osigurava 50-100% produženje radnog vijeka. Ovo je jedan od najpovoljnijih mogućih povrata ulaganja u izbor kromirane opreme za kupanje.