Kako prisutnost nitrata (za razliku od klorida) u toploj kiseloj kupelji za pocinčavanje (pH 4,0, 55 stupnjeva) mijenja način kvara tanko{2}}titanskog omotača od rupičaste do ravnomjerne korozije?
Ostavite poruku
Temeljni kompromis-u dizajnu grijača od titana za rješenja-oplata koje sadrže nitrate
Kupke za pocinčavanje općenito sadrže kloride ili sulfate kao vodljivi elektrolit. Neke formule koriste nitrate (NO3-) kao oksidante ili posvjetljivače. Prisutnost aniona pri pH 4,0 i 55 stupnjeva dramatično modificira korozijsko ponašanje titana. Jamičasta korozija je lokalizirani napad koji brzo prodire kroz mala područja, a kloridi ga potiču. Nitrati su oksidirajući anioni iu njihovoj prisutnosti pasivizacija je ravnomjerna i ako postoji bilo kakav napad to je ravnomjerno stanjivanje a ne rupičasto. Ova je razlika važna za titanski omotač s tankim stijenkama (0,8–1,0 mm): udubljenje se može perforirati za nekoliko mjeseci, ali dosljedno stanjivanje vodi do predvidljivog vijeka trajanja na temelju debljine stjenke. Ovo istraživanje pokazuje zašto je titan manje osjetljiv u kupkama koje sadrže nitrate nego u kupkama koje sadrže kloride i kako se mehanizam kvara mijenja od katastrofalne rupičaste korozije do podnošljive ravnomjerne korozije.
Učinak rupičaste korozije i ravnomjernih korozijskih mehanizama na mehanički integritet
U kupkama za pocinčavanje s kloridom (npr. . 10% NH4Cl) pasivna prevlaka TiO2 na titanu lokalno se razgrađuje na mjestima adsorpcije kloridnih iona. Jednom kada se jama pokrene, lokalna kemija je agresivna (pH pada na 1-2, klorid se koncentrira) i jama se širi brzinom od 0,5-2,0 mm/godišnje. Rupičasta perforacija u 6-24 mjeseca za stijenku od 1,0 mm. Neuspjeh je nepredvidiv i apokaliptičan.
In baths containing nitrates (e.g. 10% NaNO₃), the nitrate ions (NO₃⁻) are oxidizing agents and actually stimulate the creation of a thicker and more stable passive layer. The typical reduction potential of NO3- to NO2- is +0.94 V versus SHE, nitrates are stronger oxidizers than oxygen (O2 + 4H+ + 4e- ->2H2O, +1.23 V-zapravo je kisika nešto više, ali su nitrati i dalje jaki). Pri pH 4,0 pasivni film je stabilan pri naponu otvorenog kruga. Ako je potencijal pokretan anodno (npr. lutajućim strujama ili galvanskim spojem), tada će doći do ravnomjernog otapanja, a ne do pitinga. Titan stupnja 2 u 10% NaNO3 pri pH 4,0, 55 stupnjeva Uniformna stopa korozije 0,02-0,05 mm/godina Ova je brzina predvidljiva i može se koristiti za izračunavanje životnog vijeka: stijenka od 1,0 mm daje 20 - 50 godina rada. Neuspjeh je zbog progresivnog stanjivanja, a ne zbog iznenadne perforacije.
Utjecaj na toplinsku izvedbu: Nema izravnog učinka
Vrsta aniona ne utječe izravno na toplinsku izvedbu. Ujednačena brzina korozije može imati manji temperaturni učinak. Međutim, elektrokemijska razlika u ponašanju klorida i nitrata nije toplinska.
Usporedba načina kvara: kompromis-sinteza
Vrsta aniona (10% koncentracija) Mehanizam korozije Tipična brzina (mm/god) Vrijeme do perforacije (stjenka od 1,0 mm) Predvidljivost načina kvara
Klorid (Cl⁻) Pitting Lokalizirano 0,5-2,0 mm/god6-24 mjeseca Iznenadno (katastrofalni kvar) Nisko (stohastički)
Sulfat (SO4 2-) Mješoviti (rupičasti + uniformni) 0,1 – 0,3 mm/godišnje 3 – 10 godina Umjereno Umjereno
Nitrat (NO₃⁻) Jednoličan (pasivan) 0,02 – 0,05 mm/godišnje 20 – 50 godina Visok (predvidiv) Postupno stanjivanje
Fosfat (PO4 3-) Uniform (ekstremno pasivan) 0,005 – 0,01 mm/godina 100+ godina Ništa Visok
Među uobičajenim elektrolitima za kupku za metaliziranje, nitrati su najmanje neprijateljski anion prema titanu.
Inženjering nakon aniona: pH i temperaturni učinci
Pozitivan učinak nitrata ovisi- o pH. Nitrati se smanjuju (stvarajući NO i N2O) ispod pH 2,0. Nitrati mogu pospješiti piting, a ne pasivizaciju. pH kupki za pocinčavanje obično je 4,0–5,0, stoga nitrati još uvijek oksidiraju. Ujednačena stopa korozije u nitratima na temperaturama iznad 70 stupnjeva povećava se na 0,10-0,15 mm/godišnje, što je podnošljivo. Kloridi u tragovima (nečistoće u nitratnim solima) mogu ponovno izazvati jamičastu mrlju. Ako se kontaminacija kloridom u nitratnoj kupelji približi 100 ppm, način kvara je pitting i prednosti su izgubljene. Koristite visokokvalitetne nitratne soli.
Zaključak: Nitratne kupke omogućuju tanke stijenke s predvidljivim vijekom trajanja.
Nitrati (umjesto kloridi) pomiču način kvara tanko{0}}titanskog omotača (0,8-1,0 mm) koji radi u toploj kiseloj otopini za pocinčavanje (pH 4,0, 55 stupnjeva) s brze, nepredvidive rupičaste korozije na sporu, predvidljivu ravnomjernu koroziju. U kloridnom mediju stijenka od 1,0 mm bit će probušena za 6-24 mjeseca pitingom pri 0,5-2,0 mm/godišnje. U nitratnim kupkama konzistentna korozija od 0,02 do 0,05 mm godišnje nudi 20 do 50 godina rada, više nego dovoljno za vijek trajanja opreme. Za kupke za pocinčavanje na bazi nitrata preporučuje se omotač od titana Grade 2 s debljinom stijenke od 0,8–1,0 mm. Ne morate podebljavati zidove. Međutim, onečišćenje kloridom (čak i pri 100 ppm) ponovno uvodi mogućnost pojave rupičaste mrlje. Navedite nitratne soli visoke čistoće (<50 ppm Cl−) for nitrate bath heaters and periodic bath analysis for chloride build-up. Give the manufacturer the predicted level of chloride contamination to find out if pitting protection (thicker wall or surface treatment) is needed. Thin walls are acceptable and even recommended for heat transfer and cost in pure nitrate service.
