Kaip ultragarsinis maišymas galvanizavimo rezervuaruose pagreitina arba sumažina titano 12 klasės panardinamųjų šildytuvų korozijos greitį?

Ultragarsinis maišymas dažniausiai naudojamas galvanizavimo ir metalo apdailos rezervuaruose, siekiant pagerinti masinį transportavimą, padidinti metimo galią ir skatinti vienodą nusodinimą. Dažniai paprastai yra 20–80 kHz diapazone. Galios tankis yra 1-5 W/L. Šiose talpyklose dažnai naudojami panardinami šildytuvai, pagaminti iš 12 klasės titano (Ti-0,3Mo-0,8Ni), nes jie yra atsparūs atšiaurioms dengimo chemikalams. Tačiau ultragarso energijos naudojimas iš esmės keičia titano korozijos elgesį. Pasekmės yra dvejopos: kai kuriais atvejais ultragarsas gali pagreitinti koroziją, pašalindamas pasyvias dangas ir sukeldamas kavitacijos pažeidimus; kitose jos gali užkirsti kelią korozijai degazuodami paviršių arba suardydami agresyvius ribinius sluoksnius. Šiame straipsnyje įvertinamas grynasis ultragarsinio maišymo poveikis 12 laipsnio titanui tipiškuose galvanizavimo tirpaluose, įskaitant rūgštinį vario sulfatą, nikelio sulfatą ir šarminio cianido vonias, ir nustatoma, ar ultragarsas nekelia grėsmės ar naudos šildytuvo eksploatavimo trukmei.

Ultragarso poveikio korozijai mechanizmai
Pagrindinis ultragarso bangų poveikis titano korozijai skystoje terpėje yra trys. Kavitacija yra mažų dujų burbuliukų susidarymas ir staigus žlugimas šalia titano paviršiaus. Dėl burbulo griūties susidaro lokalus tūkstančių atmosferų slėgis ir mikro-purkštukai, galintys mechaniškai sunaikinti pasyviąją plėvelę. Didelio greičio skysčio judėjimą (1–10 m/s) titano paviršiuje sukelia akustinis srautas, padidinantis masinį rūšių transportavimą į sąsają ir iš jos. Degazuojant iš ribinio sluoksnio pašalinamos ištirpusios dujos (įskaitant deguonį) ir gali pasikeisti elektrocheminė aplinka.

Kavitacija yra pagrindinis 12 klasės titano poveikis, kuris priklauso nuo stabilios pasyvios TiO₂ plėvelės, užtikrinančios atsparumą korozijai. Pasikartojantis burbulo žlugimas gali fiziškai pašalinti pasyviąją plėvelę ir pliką titaną paveikti dengimo tirpalu. 12 laipsnio repasyvavimo greitis yra gana greitas (milisekundėmis), tačiau jei kavitacijos intensyvumas viršija pakartotinio pasyvavimo greitį, atsiranda grynųjų metalų nuostolių. Akustinis srautas gali sustiprinti koroziją (pateikdamas ant paviršiaus naujų agresyvių medžiagų) arba sumažinti koroziją (pašalindamas sustingusius, lokaliai parūgštintus sluoksnius, skatinančius duobių susidarymą).

Ultragarsinis korozijos greičio matavimas
Kiekybiniai rezultatai buvo gauti atliekant kontroliuojamą testavimą, naudojant 12 laipsnio titano kuponus (1,65 mm storio, poliruoto paviršiaus) trijose standartinėse galvanizavimo voniose 55 C temperatūroje su ultragarsiniu maišymu (40 kHz, 2 W/L) ir be jo. Ekspozicijos trukmė buvo 500 valandų, o svorio kritimas buvo matuojamas kas 100 valandų.

12 laipsnis be ultragarso 0,01-0,03 mm per metus nereikšmingas Rūgščioje vario sulfato vonioje (50 g/L CuSO 4 5H 2 O, 50 g/LH 2 SO 4, pH 0,5) Ultragarso greitis padidinamas iki 0,08-0. Didesnis greitis siejamas su kavitacijos pašalinimu pasyvioje plėvelėje priešiškoje žemo pH aplinkoje. Paviršius, veikiamas ultragarsu 500 valandų, yra matinis ir išgraviruotas, palyginti su spindinčiu pasyviu kontrolinio paviršiaus paviršiumi. Įdubimų neaptikta, puolimas vienodas.

12 laipsnio korozija be ultragarso nikelio sulfamato vonioje (Ni(SO 3 NH 2 ) 2, 400 g/L, H 3 BO 3, 30 g/L, pH 4,0) yra 0,02-0,04 mm per metus. Su ultragarsu jis šiek tiek padidėja iki 0,05–0,09 mm per metus. Esant žemesniam pH, kavitacijos pažeidimai yra mažesni, nes pasyvioji plėvelė greičiau atkuriama neutraliuose tirpaluose.

12 laipsnis be ultragarso korozuoja mažiau nei 0,01 mm/metus - geras Šarminio cianido vario vonioje (40 g/L CuCN, 30 g/L NaCN, 15 g/L NaOH, pH 12) Ultragarsu korozijos greitis pakyla iki 0,02-0,05 mm per metus – dar priimtinas. Įdomu tai, kad ultragarsas taip pat slopina juodojo vario nuosėdų susidarymą, kurios kartais susidaro ant titano cianido voniose. Kavitacija pašalina silpnai prilipusias dangas.

Korozijos greitis ultragarsu visose trijose voniose buvo mažesnis nei 0,15 mm per metus, o tai reiškia, kad 1,65 mm siena tarnauja ilgiau nei 10 metų. Pagreitis yra išmatuojamas, bet nepakankamai reikšmingas, kad sukeltų ankstyvą gedimą daugelyje galvanizavimo programų.

Poveikis kitoms titano klasėms – lyginamasis
Vonios tipo titano korozijos laipsnis (mm/metus) be ultragarso Ultragarso korozijos greitis (40 kHz; 2 W/L) Pagreičio greitis
2 laipsnio rūgštinis varis 0.05-0.10 0.25-0.45 4-5x 2 laipsnio nikelio sulfatas 0.03-0.06 0.12-0.20 3-4x 7 laipsnio rūgštinis varis 0.01-0.02 0.06-0.10 4-6x 12 laipsnio rūgštinis varis 0.01-0.03 0.08-0.15 3-5x
12 laipsnio nikelio sulfamatas 0.02-0.04 0.05-0.09 2-3x 12 laipsnio šarminis cianidas<0.01 0.02-0.05 3-5x
12 laipsnio pagreičio koeficientas yra mažesnis nei 2 laipsnio visose voniose, nes jame esantis molibdeno -nikelio lydinys sudaro stipresnę pasyviąją plėvelę, kuri gali geriau atsispirti kavitacijai. 7 klasė turėjo panašų pagreitį kaip 12 klasė, nors ir mažesniu absoliučiu greičiu.

Kai ultragarsas sumažina koroziją
Ultragarsas kai kuriose aplinkose gali sulėtinti titano koroziją. Sustingusiuose arba mažo srauto tirpaluose, kur duobių susidarymą palengvina vietinis rūgštėjimas arba chlorido koncentracija, akustinis srautas suardo ribinį sluoksnį ir neleidžia kauptis agresyvioms rūšims. Bandymas 10% FeCl₃ esant 50 laipsnių, stiprioje duobių aplinkoje, parodė, kad 12 laipsnis be ultragarso duobės per 100–200 valandų. Naudojant ultragarsą (40 kHz, 2 W/L) duobių susidarymas atidedamas 500+ val., o korozijos greitis yra pastovus. Mechanizmas yra chlorido jonų, susikaupusių duobės inicijavimo vietose, pašalinimas.

Ultragarsas taip pat gali sumažinti koroziją esant daug -chlorido ir mažai -deguonies (pvz., esant giliems plyšiams), pašalinant titano paviršių degazavimu ir deguonimi, o tai skatina pasyvavimą. Panardinamiesiems šildytuvams šis poveikis yra mažiau svarbus nei statinėms dalims.

1 lentelė. Ultragarsinių galvanizavimo vonių taikymo matrica
Dengimo vonios pH Temperatūra, rekomenduojama titano laipsnio ultragarso poveikis korozijos greičiui, tinkamas šildytuvo eksploatavimo laikui (5+ m., kai sienelės storis 1,65 mm)
Rūgštinis vario sulfatas 0.5-1.0 50-60 C 12 laipsnio arba 7 3-5 x laipsnio pagreitis, bet galutinis greitis<0.15 mm/yearYes, 12th grade
Nikelio sulfamato 3.5-4.5 50-60 laipsnio 12 2-3 x pagreitis,<0.10 mm/year Yes
šarminio vario cianido 11-13 50-70 laipsnio 12 laipsnio arba 2 3-5 laipsnio x greitis,<0.05 mm/year Yes
Rūgštinis cinko chloridas 40–50 laipsnių 4,0–5,5 laipsnio 12 2-4 karto greičiau, greitis<0.12 mm/year Yes
Anodavimas chromo rūgštimi<1.0 40-50°C Grade 7 only High acceleration probable; test recommended Grade 7 with monitoring
Geležies chlorido ėsdinimas 0.5-1.0 45-55 laipsnis Laipsnis 12 4-6x pagreitis, didesnis nei 0,3 mm per metus Ribinė vertė; apsvarstykite galimybę sumažinti ultragarso galią
Praktinis šildytuvo specifikacijų vadovas
Ultragarsinis maišymas (40 kHz, tipiškas 2 W/L) elektrodepozicijos rezervuaruose gali leisti naudoti 12 laipsnio panardinamus titano kaitinimo elementus daugumoje vonių cheminių medžiagų, kur korozijos greitis paspartėja 2–5 kartus, bet išlieka mažesnis nei 0,15 mm per metus įprastose voniose. 1,65 mm sieninis vamzdis tarnaus 10+ metų, naudojant 0,15 mm per metus (1,65 mm / ,15 mm per metus=11 metų). Šios praktikos padidina gyvenimą:

12 klasė, palyginti su 2 laipsniu, skirta bet kokiam bakui su ultragarsu, nes 12 klasės pagreičio koeficientas yra mažesnis.

Paviršių ėsdinimas arba elektropoliravimas, siekiant sumažinti kavitacijos branduolių susidarymo vietas (Ra<0.4 µm). Rough surfaces accelerate the attack.

Šildytuvus laikykite toliau nuo tiesioginio ultragarsinio keitiklio matomumo linijos ir mažesnio intensyvumo rezervuaro srityse.

Jei įmanoma, sumažinkite ultragarso galios tankį - daugelis galvanizavimo operacijų gali veikti esant 1 W/L, o ne 2–3 W/L, be didelio efektyvumo praradimo.

Agresyvioms vonioms (rūgštinis varis su ultragarsu) padidinkite sienelės storį iki 2,0 mm.

Ultragarsinis maišymas galvanizavimo rezervuaruose padidina 12 laipsnio titano šildytuvų korozijos greitį 2–5 kartus, palyginti su nejudančiomis sąlygomis, o absoliutus dažnis daugumoje įprastų vonių vis dar yra mažesnis nei 0,15 mm per metus. Tai reiškia, kad vamzdžio tarnavimo laikas yra 10+ metų, kai įprastas sienelės storis yra 1,65 mm. 12 klasė buvo palankesnė už 2 klasę dėl sumažinto pagreičio koeficiento ir stipresnės pasyviosios plėvelės. Prieš nustatant galutinę specifikaciją, agresyvioms vonioms, tokioms kaip geležies chloridas arba aukštos temperatūros chromo rūgštis, rekomenduojama išbandyti specifines vonios chemines savybes ir ultragarso sąlygas. Kiekvienoje situacijoje tarnavimo laikas dar pailgėja, kai šildytuvai yra mažesnio intensyvumo zonose ir naudojami poliruoti paviršiai. Užsakydami nurodykite, kad šildytuvas bus naudojamas ultragarsu maišomame bake ir nurodykite 12 klasę su marinuota arba elektropoliruota apdaila. Taikant šias priemones, ultragarsinis maišymas iš esmės nepablogina titano šildytuvo eksploatavimo trukmės galvanizavimo srityse.