Kuri titano paviršiaus apdaila (marinuota, poliruota ar smėliasrove) geriausiai atspari galvanizmui?

Chromuotas bakas sukuria labai agresyvią elektrocheminę aplinką panardintam šildymo įrangai. Vonioje paprastai yra 250–400 g/l chromo rūgšties (CrO₃), kurios sulfato katalizatoriaus santykis yra 100:1, veikia 55–65 laipsnių temperatūroje ir dengimo procese yra veikiamas didelio srovės tankio (20–60 A/dm²). Titano šildymo vamzdžiai dažnai naudojami šioje paslaugoje dėl jų atsparumo oksiduojančiai chromo rūgščiai. Tačiau tam tikras gedimo būdas, galvaninis ataka, gali įvykti, kai titano paviršių veikia klaidinančios srovės iš dengimo lygintuvo arba kai jis sudaro vietinius elektrocheminius elementus su kitais metaliniais komponentais. Galvaninis titano šildytuvų poveikis yra ypač jautrus gamybos metu naudojamai paviršiaus apdailai, skirtingai nei vienalytė korozija ar įdubimai. Marinuota, poliruota ir smėliasrove padengta apdaila suteikia gana įvairias paviršiaus oksidines savybes, pasyvų plėvelės stabilumą ir elektrocheminį aktyvumą chromo rūgšties tirpaluose. Šiame straipsnyje analizuojamas kiekvieno titano paviršiaus apdorojimo atsparumas galvaninei korozijai chromavimo sąlygomis ir nustatoma, kuri apdaila turi ilgiausią tarnavimo laiką, kai šildytuvai turi veikti naudojant didelio tankio dengimo sroves.

Galvaninis mechanizmas chromo rūgšties terpėje
Aprašyti du titano šildymo vamzdžių galvaninio poveikio mechanizmai chromavimo talpyklose. Pirmąjį sudaro tiesioginis elektrinis kontaktas tarp titano ir labiau katodinio metalo, paprastai švino ar švino -lydinio anodų, naudojamų chromuojant, arba nerūdijančio plieno bako sienelės. Kai šiuos skirtingus metalus elektra sujungia vonios elektrolitas, titanas tampa anodu ir tirpsta greičiau. Antrąjį mechanizmą sukelia dengimo lygintuvo klaidinančios srovės. Chromuoti naudojami ruošinio katodai ir švino anodai. Bet koks neizoliuotas laidus paviršius talpykloje gali paimti išklystančią srovę, dėl kurios arba anodinis tirpimas (jei naudojamas kaip anodas) arba vandenilio išsiskyrimas ir galimas trapumas (jei veikia kaip katodas). chromo rūgštyje titanas nėra toje pačioje galvaninės serijos padėtyje kaip neutralioje arba redukcinėje terpėje. Titanas turi labai stabilią pasyvią plėvelę ir elgiasi kaip taurusis metalas (kai kuriais elektrocheminiais matavimais kaip platina) oksiduojančioje chromo rūgštyje (Cr6+ koncentracija viršija 200 g/l, redokso potencialas didesnis nei +1.2 V, palyginti su SHE). Tačiau tai yra kilni savybė, dėl kurios titanas yra katodinis daugeliui kitų medžiagų, įskaitant šviną, nerūdijantį plieną ir anglinį plieną. Kai liečiasi su šiais metalais, titanas yra apsaugotas, o besiliečiantis metalas patiria koroziją - priešingai nei sūrus vanduo.

Problema kyla dėl titano šildytuvų, kai dėl vietinio paviršiaus oksido storio ar sudėties svyravimų susidaro galvaniniai elementai tarp skirtingų to paties titano vamzdžio sričių. Pavyzdžiui, smėliasrove padengtame paviršiuje yra nevienodas mechaniškai pažeistas oksido sluoksnis, kuriame yra įtempto metalo ir įterptų abrazyvinių dalelių. Vietoj to lygus, chemiškai vienodas TiO2 lakštas yra poliruotas paviršius. Esant klaidžiojančioms srovėms arba lokalizuotiems potencialo gradientams, mažiau apsaugotos nehomogeninio paviršiaus sritys pirmiausia gali rūdyti. Masinis titanas yra visiškai pasyvus, tačiau ši savaiminė{6}}galvaninė korozija gali per keletą mėnesių perforuoti šildytuvo sienelę chromuojant.

Oksido stabilumo ir paviršiaus apdailos charakteristikos
Marinuoti titano paviršiai gaunami panardinant į mišrią rūgšties tirpalą, paprastai 10-20% HNO{sub 3}+1-3% HF 30-50 laipsnių temperatūroje 2-10 min. Beicuojant pašalinamas alfa apvalkalo sluoksnis (deguonies užterštas paviršiaus sluoksnis, susidaręs karšto apdirbimo arba atkaitinimo metu) ir gaunamas tolygiai išgraviruotas matinis pilkas paviršius su kontroliuojamu šiurkštumu (Ra 0,8-1,6 µm). Tinkamai marinuotas titano paviršius turi ploną (5-10 nm) oksidinę dangą, kuri yra stechiometrinė TiO2 ir be įterptų priemaišų. Marinuoti paviršiai turi pastovų atvirosios grandinės potencialą nuo +0.8 iki +1.1 V, palyginti su SCE, o pasyviosios srovės tankis<0.01 mA/cm2 for chrome plating service.

Poliruoti titano paviršiai mechaniškai šlifuojami palaipsniui smulkesnėmis abrazyvinėmis medžiagomis iki veidrodinio paviršiaus (Ra 0,1–0,4 µm). Poliruojant gaunamas labai lygus paviršius su tankiu ir be defektų oksido sluoksniu. Tačiau mechaninis poliravimas gali sukelti liekamuosius gniuždymo įtempius ir į paviršių gali įsiterpti sub -mikronų abrazyvinių dalelių (aliuminio oksido arba silicio karbido). Chromo rūgštyje poliruotas titanas pasižymi didžiausiu atviros -grandinės potencialu (nuo +1.0 iki +1.2 V, palyginti su SCE) ir mažiausiu pasyviosios srovės tankiu (mažesniu nei 0,005 mA/cm²). Poliruotas titanas yra labai kilnus, todėl jis yra puikus katodas, kai jis yra sujungtas su kitais metalais. Tačiau poliruoto vamzdžio paviršiaus homogeniškumas reiškia, kad savaiminė{13}}galvaninė korozija tarp įvairių vamzdžio dalių yra maža.

Smėlio srove apdoroti titano paviršiai formuojami dideliu greičiu veikiant abrazyvinę terpę (aliuminio oksidą, silicio karbidą arba stiklo karoliukus). Smėliasrove gaunamas šiurkštus ir sukietėjęs paviršius (Ra 2,0-5,0 µm) su įterptais abrazyviniais fragmentais, suplėšyti metaliniai paviršiai ir labai deformuotas oksido sluoksnis. Ant smėliasrove apdoroto titano oksidas yra ne ištisinė pasyvi plėvelė, o TiO_2, suboksidų (TiO, Ti_2O_3) ir pliko titano mišinys smūginių kraterių apačioje. Smėliasrove apšviestų paviršių atvirosios grandinės potencialai chromo rūgštyje labai skiriasi (nuo –0,2 iki +0.6 V, palyginti su SCE), priklausomai nuo deformacijos laipsnio ir į paviršių įstrigusios terpės. Pasyviosios srovės tankis dažnai būna 10–100 kartų didesnis nei marinuotų arba poliruotų paviršių, o tai rodo, kad aktyvus tirpimas vyksta tose vietose, kur oksido plėvelė nėra pilna.

Galvaninės srovės tankio matavimai
Nulinės varžos ampermetru (ZRA) valdomas elektrocheminis bandymas leidžia kiekybiškai palyginti skirtingų paviršių ir kitų metalų galvanines tendencijas. Galvaninės srovės buvo išmatuotos tarp titano bandinių (10 cm² ploto) ir kitų įprastų rezervuaro medžiagų chromavimo vonioje (250 g/l CrO₃, 2,5 g/l H₂SO₄, 60 laipsnių):

Marinuoto titano, sujungto su švino anodais (dažniausiai pasitaikantis skirtingas metalinis kontaktas chromo talpyklose), galvaninės srovės tankis titano paviršiuje yra 0,02 mA/cm² – nereikšmingas ir mažai tikėtina, kad per penkerius metus sukels pastebimą titano nuostolį. Poliruotas titanas su švinu duoda 0,01 mA/cm2, taip pat mažai. Smėlio srove apdorotas titanas, sujungtas su švinu, titanas yra anodas, yra 0,25 mA/cm2. Dabartinis tankis reiškia, kad titano tirpimo greitis yra apie 0,15 mm per metus, o to pakanka, kad 1,65 mm vamzdžio sienelė būtų perforuota per 5–7 metus.

Kai marinuotas titanas yra prijungtas prie nerūdijančio plieno rezervuaro sienelių (tipas 316L), 0,03 mA/cm2 galvaninė srovė matuojama. Titanas yra šiek tiek katodinis (apsaugotas), o nerūdijantis plienas - anodinis. Poliruotas titanas davė 0,02 mA/cm2. Smėlio srove nuvalytas titanas suteikia 0,08 mA/cm2, titanas yra anodas vietinėse aktyviose vietose ir įvyksta įdubimų{9}} tipo ataka.

Sunkiausią galvaninę titano šildytuvų būklę sukelia klaidinančios lygintuvo srovės. Netyčia prijungtas pagalbinis šildytuvo katodas (pvz., įžeminimo kelias, užbaigiantis grandinę iki neigiamo lygintuvo gnybto) sukelia vandenilio išsiskyrimą titano paviršiuje. Vandenilio išsiskyrimas ant marinuoto titano prasideda maždaug nuo –0,6 V, palyginti su SCE, ir yra stiprus, kai potencialas mažesnis nei –0,8 V. Sugertas vandenilis sukelia trapumą, bet ne iš karto prasiskverbia į sienelę. Vandenilio evoliucija prasideda esant mažesniam neigiamam potencialui (–0,4 V, palyginti su SCE) smėliasrove apdorotam titanui ir kartu su deformuoto paviršiaus sluoksnio pleiskanojimu, atskleidžiant šviežią titaną, kuris greitai sugeria vandenilį. Kai katodas{11}}poliarizuotas, hidrido sluoksniai susidaro per 100 valandų ant smėliasrove padengtų paviršių, tada įtrūksta ir išsiskleidžia.

Chromuotų šildytuvų paviršiaus apdailos pasirinkimo matrica
Šioje lentelėje pateikiamas išsamus pasirinkimo vadovas, pagrįstas bako konfigūracija, lygintuvo įžeminimo metodu ir numatomu šildytuvo tarnavimo laiku.

Bako konfigūracija ir eksploatavimo sąlygos Rekomenduojamas titano paviršiaus apdailos sienelės storis (mm) Pateisinimas ir numatomas tarnavimo laikas
Izoliuota šildytuvo instaliacija Atskiras lygintuvo įžeminimas Nėra tiesioginio elektros jungties prie anodų/katodų. Marinuotas (normalus) 1,2-1,65 mm Marinuotas paviršius sukuria stabilią pasyvią plėvelę, kurios savaiminio galvaninio aktyvumo nėra. Tarnavimo laikas paprastai yra 5-8 metai.
Šildytuvas flanšinis prie nerūdijančio plieno bako, bendras įžeminimas su dengimo lygintuvu.1,5-1,65 mm poliruotas Lygesnis paviršius sumažina galvaninę jungtį su nerūdijančiu plienu; Didesnis kilnumas sumažina dabartinį paėmimo{1}} metus.
Šildytuvas ant tos pačios šynos, kaip ir švino anodai (jungiamas elektra) Poliruotas 1,65-2,0 mm Poliruotas paviršius yra kilnus katodas, apsaugantis šildytuvą anodo eksploatavimo trukmės sąskaita; tinka, jei numatomas anodo suvartojimas.
Prasta pasklidosios srovės valdymo bakas Dažnas kontaktas tarp šildytuvo ir ruošinių Marinuotas + elektros izoliacija (PTFE įvorės) 1,65 mm Paviršiaus apdaila mažiau reikalinga tinkamai izoliuojant; marinuotas yra ekonomiškas; pakeiskite, jei įbrėžimai atskleidžia pliką metalą.
Didelio maišymo bakas su abrazyvine chromo rūgšties rūku (dalelių erozijos potencialas) Smėlio srove (tyčia) 2,0 mm ar daugiau Priimkite sutrumpėjusį galvaninį tarnavimo laiką (3–5 metus) dangos sukibimui. Smėliavimas pateisinamas tik mechaniniam sukibimui su dangomis.
Rezervuaro modifikavimas su nežinomomis įžeminimo sąlygomis Poliruotas 1,65 mm Poliruotas paviršius suteikia didžiausią ribą nuo galvaninio atakos dėl nežinomų klaidžiojančių srovių. Patikrinkite po šešių mėnesių.
Praktinės šildytuvo specifikacijų pasekmės
Titano panardinamojo šildytuvo paviršiaus kokybė yra ne tik estetinis aspektas, bet ir galvaninio suderinamumo su chromuoto bako aplinka veiksnys. Marinuota apdaila, įprasta pramonėje daugeliui titano komponentų, yra tinkama šildytuvų įrenginiams, kurie yra tinkamai įžeminti ir elektra atskirti ir kuriuose vienintelė galvaninė jungtis yra pasyvus kontaktas su vonia. Tačiau šildytuvams, įžemintiems padengtais lygintuvais, montuojant flanšus, besiliečiančius su nerūdijančio plieno rezervuaro sienelėmis, arba kai baiminamasi srovių, poliruota apdaila žymiai pagerina galvaninį atsparumą. Didesnis kilnumas ir akivaizdus poliruoto titano vienodumas sumažina galvaninio sujungimo varomąją jėgą ir aktyvių vietinių atakų vietų skaičių.

Nenaudokite smėliasrove dengtų chromuotų dangų, nebent tai būtų specialiai reikalinga dangai sukibti (pvz., PTFE dangos, mažinančios chromo rūgšties pasipriešinimą{2}}). Dėl mechaninių pažeidimų ir įstrigusių abrazyvų susidaro netolygus, elektrochemiškai aktyvus paviršius, kuris palaiko 5–20 kartų didesnę galvaninę srovę nei marinuoti arba poliruoti paviršiai. Smėliasrove padengto titano šildytuvai chromuotose voniose sugedo dėl galvaninės perforacijos vos per 18 mėnesių, o poliruotiems šildytuvams tai pačiai eksploatacijai – 7–10 metų.

Išvada chromavimo inžinieriams
Užsakant titano šildymo vamzdžius chromavimo rezervuarams, dirbantiems 60 laipsnių kampu ir dideliu srovės tankiu, kai elektros izoliacija nuo dengimo grandinės gali būti neužtikrinta, geriausia nurodyta paviršiaus kokybė yra poliruota (veidrodinė apdaila, Ra Mažiau arba lygi 0,4 µm). Rasti kilniausi poliruotų paviršių atvirosios grandinės potencialai, mažiausios pasyviosios srovės ir geriausias atsparumas irimui, kurį sukelia klajojančios srovės. Marinuota apdaila (Ra 0,8-1,6 µm) užtikrina vienodą tarnavimo laiką mažesnėmis sąnaudomis visiškai izoliuotoms šildytuvų sistemoms su tam tikrais įžeminimo maršrutais ir be sąlyčio su anodais ar rezervuaro sienelėmis. Smėliasrove nerekomenduojama naudoti jokiems chromavimo darbams dėl didelio galvaninio aktyvumo ir greito gedimo lygio. Standartiniai komerciniai titano šildytuvai paprastai tiekiami su kintama apdaila (atkaitinta malūnu arba ištempta), kuri gali būti netinkama chromavimo paslaugai. Inžinieriai pirkimo dokumentuose turėtų konkrečiai nurodyti paviršiaus apdailą. Poliruoto paviršiaus specifikacija padidina šildytuvo kainą 10–15 %, tačiau 50–100 % pailgina tarnavimo laiką. Tai viena palankiausių galimų investicijų grąžos į chromo vonios įrangos pasirinkimą.